02-11-2015

1

Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI 318- 14

SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015

Clase: Secciones críticas en muros

Relator: Patricio Bonelli

Secciones críticas

• Concepto de rótula plástica

• Sistemas estructurales y mecanismos de falla

• Irregularidad en la vertical

• Diseño por capacidad

– Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado

– Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial

Conclusiones

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2

Secciones críticas

• Concepto de rótula plástica

• Sistemas estructurales y mecanismos de falla

• Irregularidad en la vertical

• Diseño por capacidad

– Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado

– Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial

Conclusiones

Concepto de rótula plástica

La longitud equivalente de rótula plástica, lp, depende de:

• La relación entre el momento último y el momento de fluencia,

• La esbeltez del muro,

• De la interacción entre la flexión y el corte

• Se usan expresiones empíricas simplificadas para lp :

Columna diagrama de diagrama de diagrama de momentos curvatura curvatura equivalente

lp = 0.4 to 0.5 lw

donde lw es el largo del muro

Diagramas para primera fuencia

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Curvatura última y desplazamiento lateral del techo

Concepto de Rótula Plástica

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4

7

Secciones B y D según ACI318

Zona de interfase & momento máximo

Hipótesis de Bernoulli-Hooke se acepta como válida

Campo abanicado de de tensiones de compresión

Campo paralelo de de tensiones de compresión

Ensayo

Elevación – Porción inferior

C V

T

V M P

Ensayo de un muro en voladizo

Seccion 1 - Antecedentes

8

Secciones B y D según ACI318

Zona de interfase & momento máximo

Hipótesis de Bernoulli-Hooke se acepta como válida

Campo paralelo de de tensiones de compresión

Ensayo

Elevación – Porción inferior

C

V

T

V M P

Ensayo de un muro en voladizo

Seccion 1 - Antecedentes D

D

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5

Concentración del daño debido al pandeo del refuerzo vertical y acoplamiento de la fachada

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6

Ensayo tridimensional Catherine French Muro edificio Alto Río

Deformación unitaria Ciclo mD = 4x1

ey

Estiramiento Acortamiento

Galgas en barras

Potenciómetro externo

Anclaje

?

Esparcimiento de la Rótula Plástica

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7

M / Mn

0 0.76 1.04 1

My / Mn

Distribución medida de curvatura Diagrama de momentos Normalizado

?

Deformación unitaria Ciclo mD = 4x1

ey

EstiramientoAcortamiento

Galgas en barras

Potenciómetro externo

Anclaje

Esparcimiento de la Rótula Plástica Distribución de Curvatura

1

Extensión de la plastificación

D = 914 mm

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.025 0.05 0.075 0.1

x D

Dis

tan

ce f

rom

co

lum

n b

ase / D

y

Actual curvature distribution

y + p

Idealized distribution

l p ( Equivalent plastic

hinge length)

Concepto de Rótula Plástica Equivalente

largo plástico equivalente en el elemento

Distribución real de curvatura

Distribución supuesta de curvatura

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8

Secciones críticas

• Concepto de rótula plástica

• Sistemas estructurales y mecanismos de falla

• Irregularidad en la vertical

• Diseño por capacidad

– Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado

– Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial

Conclusiones

Pre

ferr

ed

Less

de

sira

ble

Un

de

sira

ble

Plastic hinge

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g)

(h) (i)

(j)

Mecanismos en Puentes

Ind

esea

ble

acep

tab

le

p

refe

rid

o

Rótula plástica

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(a) Muro en voladizo

o columna Si

ste

ma

Def

orm

ada

elá

stic

a M

eca

nis

mo

(b) marcos

Flexural plastic hinge

Flexural plastic hinge

Mecanismos en Edificios

Rótula plástica Por flexión

Mecanismo mixto columna fuerte tipo piso blando viga débil

Rótula plástica por flexión

(c) Muros acoplados

Sist

em

a D

efo

rmad

a e

lást

ica

Me

can

ism

o

(d) Sistema dual

Rótula Plástica En flexión

Rótula plástica por corte

muro

viga marco

Losa diafragma)

Rótula plástica en flexión

Mecanismos en Edificios

muro

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Mecanismo de colapso con rótulas en las columnas

Mecanismo de colapso con rótulas en las columnas ACI 318S-14

18.7.3.3. Cuando 18.7.3.222 no se cumple en un nudo, la resistencia lateral y la rigidez de las columnas que lleguen a ese nudo se deben ignorar al calcular la resistencia y rigidez de la estructura. Estas columnas deben cumplir con 18.14.

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11

Mecanismo de colapso con rótulas en las columnas Decreto 60

Deformadas de marcos, muros y sistemas mixtos

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12

Mecanismos de colapso asociados a sistemas mixtos

Rótulas plásticas Muro mecedor

muro muro

Modelos de análisis de sistemas mixtos

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Modelo para simular la rotación de la base de un muro

Comparación del momento y del corte en el muro de un edificio de doce pisos con base rígida y rotulada

Diagramas de momentos MNm

Diagramas de corte kN

Base fija

Base fija

Base rotulada

Base rotulada

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14

mecanismo de colapso con rótulas en el vano

Cómo imponer un mecanismo en un marco de un piso

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15

Cómo imponer un mecanismo en un marco de un piso

ACI 318-14 Disposiciones de diseño para muros

δu/hw ≥ 0.005

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16

ACI 318-14 Disposiciones de diseño para muros

δu/hw ≥ 0.005

Sistema de muros en paralelo

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17

Sistema de muros en paralelo

Secciones críticas

• Concepto de rótula plástica

• Sistemas estructurales y mecanismos de falla

• Irregularidad en la vertical

• Diseño por capacidad

– Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado

– Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial

Conclusiones

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18

Disminución de la rigidez en los pisos inferiores

Disminución de la rigidez en los pisos inferiores

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19

Disminución de rigidez en los pisos superiores

Disminución de rigidez en los pisos superiores

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20

Cambio de forma en la vertical

Cambio de forma en la vertical

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21

Disminución de la cantidad de muros en la vertical

Disminución de la cantidad de muros en la vertical

02-11-2015

22

Cambio de forma en la vertical, rotulación en el cambio de rigidez

Cambio de forma en la vertical, rotulación en el cambio de rigidez

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23

Cambio de forma en la vertical, rotulación en el cambio de rigidez

Edificios con subterráneos o placa comercial

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24

Trancamiento por subterráneos

Posibles mecanismos

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Posibles mecanismos, irregularidad en la vertical y trancamiento por subterráneos

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27

Mecanismo deseable

Fallas observadas

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28

Secciones críticas

• Concepto de rótula plástica

• Sistemas estructurales y mecanismos de falla

• Irregularidad en la vertical

• Diseño por capacidad

– Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado

– Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial

Conclusiones

Definición de los factores de modificación de respuesta R ; factor de sobre resistencia ΩO ;

y factor de amplificación de desplazamientos, Cd .

56

Desplazamiento De diseño

1.5 Desplazamiento De diseño

Desplazamiento calculado con el espectro de diseño reducido

sucesión de secciones plastificadas resistencia en modo de mecanismo

respuesta elástica

resistencia calculada con el espectro de diseño reducido

.

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29

Definición de los factores de modificación de respuesta R ; factor de sobre resistencia ΩO ;

y factor de amplificación de desplazamientos, Cd .

57

Desplazamiento De diseño

1.5 Desplazamiento De diseño

Desplazamiento calculado con el espectro de diseño reducido

zona posible de respuesta para máximo sismo considerado

respuesta elástica

resistencia calculada con el espectro de diseño reducido

.

?

Edificio de veintiséis pisos

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Diseño a flexo-compresión

MURO T

Diagrama de interacción y

momento curvatura, muro T

dirección X

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000

M [T-m]

P [

T]

Mn-Pn

M-P Diseño

Mu-Pu Sub.

Mu-Pu P01

Mu-Pu P02

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

-0.001 -0.0005 0 0.0005 0.001

Curvatura [1/m]

M [

T-m

]

P1=2256 [T] (PP+SC+PE)

P2=3495 [T] (Ultimo)

ME=5435 T-m

Sobreresistencia 65.5 m

δ=9 cm, 0.13 % H

MU=7609 T-m

δ=12 cm, 0.18 % H

M<Mn

10650 T-m

P1=2256 T

10650 T-m

P2=3495 T

11657 T-m

11657 T-m

δ=67 cm, 1 % H M≈Mn

Ω

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Proposición de Restrepo,

Rodriguez y Carr para cálculo de

diafragmas, y

Priestley para edificios de muros

PRIESTLEY, CALVI Y KOWALSKY. “DISPLACEMENT-

BASED SEISMIC DESIGN OF STRUCTURES”. IUSS

Press, Pavia, ITALY.

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DISEÑO POR CAPACIDAD*

La amplificación dinámica aumenta con la intensidad del

sismo (i.e. ductilidad).El criterio de superposición para

análisis con espectros reducidos queda como:

5.02

3

2

2

22

1 ...)(( VVVVi m

5.02

3

2

2

22

1 ...)((*1.1 MMMM i m

con V1,V2 ,M1,M2 Calculados con espectros

reducidos según las normas vigentes

La amplificación dinámica dependería del Periodo T (no del

número de pisos), y de la ductilidad m.

Nota: estas relaciones pueden ser lineales con m

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33

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Dimensionless Moment

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Dim

en

sio

nle

ss

Heig

ht

Momento de diseño sugerido *

Bilineal, con

M = 0.75 x M basal

en la mitad de la altura

Para prevenir fallas prematuras por corte se debe incorporar un factor de magnificación V, o modificar los criterios de superposición modal.

1.5 para muros rectangulares y 1.6 para muros T.

Detallar adecuadamente los muros y mantener la resistencia a la flexión en la altura.

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Factores de amplificación dinámica

Envolventes de diseño -Eurocódigo

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35

Distribución de la resistencia a flexión

Distribución de la resistencia al corte

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36

Secciones críticas

• Concepto de rótula plástica

• Sistemas estructurales y mecanismos de falla

• Irregularidad en la vertical

• Diseño por capacidad

– Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado

– Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial

Conclusiones

Concentración del daño debido al pandeo del refuerzo vertical y acoplamiento de la fachada

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Falla de un muro

estructural

Faltan estribos de

confinamiento en bordes

KOBE, 1995

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Daño por vaciamiento de un

muro estructural

KOBE, 1995

Falla por deformación de un

muro fuera de su plano

KOBE, 1995

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39

Falla al corte

Terremoto de San Fernando, 1971.

FALLA AL CORTE EN COLUMNA Y EN NUDO,

PUENTE DE FERROCARRIL - SHINKANSEN

KOBE, 1995

02-11-2015

40

02-11-2015

41

Secciones críticas

• Concepto de rótula plástica

• Sistemas estructurales y mecanismos de falla

• Irregularidad en la vertical

• Diseño por capacidad

– Distribución de la resistencia para asegurar el mecanismo deseado

– Fallas frágiles prematuras, flexión y esfuerzo axial

Conclusiones

Conclusiones

Se mostró la necesidad de controlar el modo de falla

de un edificio, de manera de evitar fallas frágiles prematuras y dotar a la estructura de capacidad de deformación.

Dar capacidad de deformación no implica que se debe diseñar para que el edifcio alcance su estado límite último, la demanda de desplazamientos debe ser mucho menor que la capacidad de deformarse de la estructura.

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DISTRIBUCIÓN DE LA RESISTENCIA

EN LA ALTURA

La respuesta no lineal debe ocurrir solo en las secciones críticas, el resto de la estructura debe permanecer dentro del rango lineal de respuesta.

La demanda de resistencia depende de la resistencia de las secciones críticas y de la intensidad del sismo, se alcanza a bajas deformaciones relativas, del orden de 0.003 a 0.005.

Ello implica que la resistencia a acciones laterales de la estructura se alcanzará siempre. Dependiendo de las características del sismo y de la estructura, la demanda de resistencia dentro de la respuesta no lineal es diferente a la calculada a bajas deformaciones, debiendo ser corregida.

Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI 318- 14

SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015

Clase: Secciones críticas

Relator: Patricio Bonelli FIN

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Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

SESQC Journal

Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

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44

Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

Análisis elástico desplazamientos laterales respuesta elástica fuerzas reducidas

Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

Deformaciones unitarias diagramas momento curvatura

02-11-2015

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Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

Curvatura de fluencia

Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

Desplazamiento lateral relativo

Aproximación a una respuesta elastoplástica

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Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

Desplazamiento lateral relativo

Aproximación a una respuesta elastoplástica

Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo Desplazamientos laterales relativos

Aproximación a una respuesta elastoplástica

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Displacement and ductility compatibility in Buildings with Mixed Structural Systems

Paulay y Restrepo

Desplazamiento lateral relativo

Aproximación a una respuesta elastoplástica