UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS Sede CUSCO

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Tema:

“Diseño por ductilidad”

Profesor:I gº Ambrocio Mamani C.

Hay tres filosofías para el diseño del concreto armado:

Diseño por Tensiones de Trabajo (WSD / Working Stress Design). método usado desde principios de siglo hasta principios de los años 60.

Diseño por Resistencia Última. enfoque racional. usadoA partir de la publicación de la edición 1963 del Código

Método de DiseñoResistencia (SDM / Strength De gn Method).

Diseño por Factores de Carga y Resistencia ó Estados límites. conocido por sus siglas LRFD (Load and Resistance ctor Design).

Hay tres filosofías para el diseño por sismo:

Diseño por Desempeño. es una forma para el análisis y diseño de estructuras, haciendo énfasis en el comportamiento esperado, el control de daños estructurales y no estructurales y los niveles de seguridad establecidos.

Diseño sísmico basado en Fuerzas. diseñaestructuras con un análisis l neal utilizando fuerzasderivadas de espEVeOLUcCItOrN_oDEsL_DISEdNOe_EN_COdNCiRsETOe_AñRMAoDO

.pdef

lásticos afecta

por factores de reducción que consideran, entre otros aspectos, l comportamiento inelástico de las estructuras.

Diseño basado en Ductilidad. diseña las estructuras haciendo hin apié en la uctilidad de las estructuras de concreto arm do.

DISEÑO POR DUCTILIDADLa mitigación de daños causados por terremotos se puede lograr por medio de un sistema total de prevención y protección civil con medidas tales como:

1. Predicción de terremotos

3. Evaluación sísmica de e ificios existentes y readaptación

4. inspección de daños, reparación y reforzamiento después de t rremotos

DISEÑO POR DUCTILIDADHace hincapié en la importancia de las características dela respuesta dinámica y de la ductilidad de las estructuras.

El método adopta un procedimiento de diseño de dos niveles:1. El diseño tradicional por esfuerzo permisible2. La confirmación de la resistencia lateral requerida en

los edificios dependiendo de la ductilidad de la estructura.

3. La resistenci a lateral especificada en el método se puede exp esarmanera sigu ente:

DISEÑO POR DUCTILIDADHace hincapié en la importancia de las características dela respuesta dinámica y de la ductilidad de las estructuras.

El método adopta un procedimiento de diseño de dos niveles:1. El diseño tradicional por esfuerzo permisible2. La confirmación de la resistencia lateral requerida en

los edificios dependiendo de la ductilidad de la estructura.

3. La resistenci a lateral especificada en el método se puede exp esarmanera sigu ente:

DISEÑO POR DUCTILIDAD

En otra palabras:

DISEÑO POR DUCTILIDADLa Capacidad Sísmica de una estructura se analiza por medio del ÍNDICE-Is en cada piso y en cada dirección, definida en la ecuación siguiente:

En dondeEl índice SD y e índice T, n fa ores de modificación para permitir l s efectos negativos en la capacidad sísmica debida la irregularidad estructural y al deterioro después de la construcción respectivamente.

CONCEPTO DE DISEÑO SISMICO No es económico diseñar una estructura dentro del

rango elástico cuando se ha visto sometida a movimientos severos del terreno.

Se reconoce mucho que la estructura se debe diseñar para que absorba la energía sísmica con su deformación inelástica con amplia disipación e energía en las reversione de carga durante terremotos severos.

El concepto es proporcionar ficiente resistencia y ductilidad e la estru ura de tal manera que respuesta al terremoto eba ser menor que la última etapa y por lo tanto la structura pueda sobrevivir al movimiento sísmico como se ha demostrado anteriorment en las Ecuaciones escritas.

CONCEPTO DE DISEÑO SISMICOEste concepto ya ha sido introducido en varios países. Por ejemplo, en México, el coeficiente requerido de cortantede base se define como:

En general: un edificio con mayor resistencia es menos deformable, y

el desplazamiento de resp esta smica de un edificio con menor resistencia es mayo .

Por lo tanto, se deberá proporcionar resistencia suficiente a un edificio con menos ductilidad y se deberá proporcionar ficiente du ilidad a un edificio con menos resistencia.

Si la respuesta sísmica se encuentra dentro del límite de la deformación de la estructura, ésta puede sobrevivir al sismo como se muestra en la Figura l.

El edificio Tipo-I tiene mayor resistencia pero es más vulnerable que el edificio Tipo Iil.

Lo cual indica que la capacidad sísmica no es sencillamente una función de resistencia lateral sino tanto de resistencia lateral como de ductilidad.

CONCEPTO DE DISEÑO SISMICO

Por lo tanto, se debe hacer notar que:1. El calcular la Ductilidad2. Proporcionar la ductilidad esperadaes esencial al diseñar una estructura que se basa en el

Porque la sobre-estimacion de la ductilidad, que signifi lasubestimación de la resistencia ateral requerida en unedificio, puede usar daños destructivos.

Al mismo tiempo, los detalles del edificio deberán estaradecuadamente diseñados para proporcionar la ductilidad suficiente que se espera dur nte el terremoto.

DUCTILIDAD Y DESEMPEÑO SISMICO DE LOS EDIFICIOS DE CONCRETO ARMADO La Resistencia y la Ductilidad de las estructuras son

factores que gobiernan el desempeño sísmico de las estructuras durante los terremotos.

Especialmente en edificios con menos cantidad de muros de cortante y por lo t nto menos resistencia lateral, la ductilidad de los mar s de las estructuras es absolutamente esencial.

La ductilidad es la capacidad de un elemento estructural para sufrir deformaciones plásticas sin perder su resistencia.

La Falla de C rtante debe ser evitada primero que nada, dado que causa pérdida epentina de resistencia lateral sin suficiente isipación d energía.

DUCTILIDAD Y DESEMPEÑO SISMICO DE LOS EDIFICIOS DE CONCRETO ARMADO

La Ductilidad de una estructura depende de la planificación estructural básica, tales como: El mecanismo de cedencia de la estructura La distribución de rigidez La ductilidad del miembro.

Se ha reconocido insistentemente que el mecanismo columna en el cual la viga es d bil y la columna es fuerte proporciona ejor capacidad e deformación y mejor disipación de energía que l mecanismo de los pisos.

La planeación estructural bre la distribución de rigidez de la estructura e el plano y a lo largo de la altura es básica y son factores e nciales pa a diseñar un edificio sólido.

DUCTILIDAD Y DESEMPEÑO SISMICO DE LOS EDIFICIOS DE CONCRETO ARMADO

La DUCTILIDAD de los miembros se puede lograr por medio de un diseño cuidadoso y detalles tales como:

Limitar la cantidad de refuerzo de tensión Proporcionar alguna cant dad de refuerzo de

compresión. Proporcionar suficiente cantid d de refuerzo de cort Limitar el nivel de fuerza axial, etc.

PLANEACION ESTRUCTURAL La Planificación estructural considera:

El mecanismo de cedencia de la estructura La distribución de rigidez La ductilidad del miembro.

MECANISMO DE CEDENCIA Los edificios deben estar bien diseñados de tal manera que

puedan disipar suficiente cantidad de energía. La figura 4 muestra los diferentes tipos de mecanismos de

cedencia en un edificio de tipo-marco.

MECANISMO DE CEDENCIA El mecanismo de cedencia total que forma articulaciones

de cedencia en toda la estructura es más favorable que el mecanismo de derrumbe parcial porque puede absorber la energía sísmica utilizando capacidad de resistencia sísmica potencial en la estructura.

Si el edificio tiene un "piso débi ", la energía sísmi se puede disipar sólamente en un nú ero limitado de piso

Los análisis de respuesta no-linear indican que la deflexión general de una estructura con diferentes distribuciones de daño a lo larg de la altura es similar y por lo tanto se puede causar una gran def rmación en estos pisos.

MECANISMO DE CEDENCIA Básicamente las articulaciones de cedencia son

sumamente deseables para que entren en la formación de los extremos de las trabes en lugar de las columnas a causa de su mejor ductilidad y disipación de energía estable.

Es también posible formar articu aciones de cedenci en los extremos de las trabes simult neamente y por lo t absorber una gran cantidad de en rgía.

Sin embargo, se forman articulaciones de cedencia en las columnas, esto puede ll vara mecanismos de derrumbe parcial y a men s absorció de energía.

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ EN PLANO En los daños que causa un sismo, se observa que los

edificios en los cuales los elementos que resisten la carga lateral tales como los muros de cortante se han colocado excéntricamente en plano y con frecuencia han sufrido daños severos.

Dado que la fuerza sísmica actúa en el centro de la m sa y la resistencia actúa en el centro d rigidez. Se puede usar una vibración torsional si los d s centros se encuentran aparte en el pla

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ EN PLANO Este efecto torsional puede causar una deformación en

marcos sin muros de cortante que estén lejos del centro de rigidez.

La figura 6 muestra un ejemplo del daño debido a efecto torsional en el Terremoto Miyagiken-oki. Aunque este e ificio fue planeado para tener un muro e cortante en el mar del lado derecho en su diseño original, los muros de cor alrededor de la escalera del lado izquierdo fue lo único que quedó en la co strucción real.

El cambio de esta distrib ción de este muro causó una vibración torsio al y dio co o resultado un gran daño en las columnas exteriores del pri er piso.

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ EN PLANO

Daño por Efecto Torsional

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ EN PLANO

Daño por Efecto Torsional

superiores pe o no tiene muros de cortante en el primerpiso y falló en l primer pi .

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ A LO LARGO DE LA ALTURA

Cuando la rigidez de un edificio se encuentra irregularmente distribuida a lo largo de la altura, el daño se puede concentrar en los pisos débiles.

y en plano ha cau también daños severos en los edificios. La figura 7 muestra un edificio de tres pisos dañ do debido al Terre Miyagiken-Oki de 1978.

Este edificio tiene mur s de cortante en los pisos

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ A LO LARGO DE LA ALTURA

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ A LO LARGO DE LA ALTURA

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ A LO LARGO DE LA ALTURA

0tro ejemplo del mecanismo de oscilación lateral que se observó es durante el Terremoto Erzincan de Turquía en1992. Este edificio fue diseñado para tener muros no- estructurales en todos los pisos.

Dado que el edificio estaba en construcción y los muros no- estructurales habían sido rellenados solamente en los tres pisos superior se concentró en el primer piso que muestra u mecanismo típico

Se observo q e hasta lo muros no-estructurales pueden afectar significativamente la rigidez y la resistencia lateral de un edificio.

DISTRIBUCION DE RIGIDEZ A LO LARGO DE LA ALTURA

Otra forma de generar daño a una edificación es debido a la combinación de la distribución irregular de la rigidez en el plano y a lo largo de la altura.

Se logra proporcionando muros e cortante en el primero y segundo pisos mientras que no se proporcionaron uros de cortante tercer piso.

Además, se p ede colocar una excéntrica.

Debido a esta dos razon s anteriores, las columnas en los marcos superi res y últim s quedaran muy deformadas en el tercer piso y fallaran cuando se derrumbe el techo encima.

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

ANCLAJE DE LAS BARRAS DE REFUERZO

Es básico que en el diseño sísmico de los edificios deo varillas de refuerzo

encuentren bien ancladas dentro de con eto confinado de tal maner que los miem ros estructurales puedan resistir l s reversiones de carga y disipar una d de nergía sísmica.

Sin embargo, los daños causados por terremotos pasados, r velan que l mal diseño y/o los detalles de mala calidad del refuerzo dieron como resultado daños destructivo .

debida ente anclados para desarrollar cedenciabajo a ones cícli s sísmicas.

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

ANCLAJE DE LAS BARRAS DE REFUERZO

La falla del anclaje en las trabes:a parte superior de

trabes quedó anclado en las columnas exteri res con una flexión de 90 grados y un gancho de 180 grados, mientras que el efuerzo de abajo quedó anclado te den ro de la conexión con un gancho de 180 gr dos qadaptaba comúnmente en regiones no sísmicas.

El refuerzo de arrib y el de abajo deberían quedar

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

REFUERZO DE CO RTANTE

La falla de cortante es uno de los patrones de fallale en los miembros

concreto reforzado porque causa pérdida repentin de resistencia sin suficiente disip ción de energía.

Como se c ntidad suficiente de refuerzo de cortante, q e ha sido proporcla resisten a de corta te sea mayor que la resistencia flexural, es más efectiva para el mejoramiento de la ductilidad.

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

REFUERZO DE CO RTANTE

Es importante anclar el refuerzo de cortante dentro delcon ganchos de

grados en los dos extremos de tal manera que n se puedan abrir después del astillamiento del con eto que lo cubre.

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

CAN T I DA D D E R EF U E R ZO L O N GI T UD I NA L La Ductilidad de los miembros de concreto reforzado

se puede ver afectada por la cantidad de relación que hay entre la ductilidad y la cantidad de refuerzo longitudinal en las trabes y/o gas.

Con un aumento en el refuerzo de tensión la resistencia por flexión aumenta pero la ductil disminuye.

Si se proporciona una gran cantidad de refuerzo de tensión, la trabe pued fallar de manera quebradiza a causa de la falla compresiva en el concreto.

La cantida de refuer en tensión se debe limitar de tal maner que el iembro no falle en manera quebradiza. El refuerzo compresivo es efectivo también para mejor r la ductilid d.

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

NI VEL DE FUERZA AXI AL

La Figura, muestra la diferencia en las característicashisteréticas debidas al nivel de fuerza axial.

En las columnas, se debe controlar el nivel de fu rza axial porque no se puede roporcionar la sufici ductilidad en las columnas q e están bajo fuerza axial alta sin det lles especi les de confínamiento.

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

CO LUMNA CO RTA

Las columnas cortas que tienen pequeña relaciónentre su altura y la profundidad (h'/D) muestran una ductilidad pobre como se h observado en pas dos terremotos como se puede ve en la Figura.

Las columnas cortas generalmente tienen menos ductilidad.

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

DUCTILIDAD DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

CO LUMNA CO RTA

Además, fallan en manera quebradiza antes que lasotras columnas porque, la deformación lateral en términos del ángulo de desplazamiento es mayor que las otras columnas a causa de longitud deformable más corta, h', inclusive si se encuentran sujetas misma deflexión ínter-piso.

Las colum as cortas n causadas con frecuencia por la presenci de pretiles en los marcos.

Proporcion r una división o hendidura estructural entre columnas los pretiles es una técnica disponible para evitar este ipo de mie bro desfavorable.

METODO DE DISEÑO POR DUCTILIDAD

METODO DE DISEÑO POR DUCTILIDAD

METODO DE DISEÑO POR DUCTILIDAD

SDOF = Sistema de un grado de libertad MDOF = Sistema de multiples grados de libertad BRB = Arriostres/diagonales de Pandeo restringido

Gracias