Presentada por:Presentada por:
Martha Caballero VinuezaMartha Caballero Vinueza
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Martha Caballero VinuezaMartha Caballero Vinueza
Tesis de Grado:Tesis de Grado:
““Rehabilitación Sísmica de Pórticos de Acero Rehabilitación Sísmica de Pórticos de Acero Resistentes a Momento con Conexiones Resistentes a Momento con Conexiones Postensadas y Elementos de Fricción”Postensadas y Elementos de Fricción”
Tesis de Grado:Tesis de Grado:
““Rehabilitación Sísmica de Pórticos de Acero Rehabilitación Sísmica de Pórticos de Acero Resistentes a Momento con Conexiones Resistentes a Momento con Conexiones Postensadas y Elementos de Fricción”Postensadas y Elementos de Fricción”
Facultad de Ingeniería en Ciencias de la TierraFacultad de Ingeniería en Ciencias de la TierraFacultad de Ingeniería en Ciencias de la TierraFacultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexiones Postensadas con Elementos de Conexiones Postensadas con Elementos de
Fricción (CPEF)Fricción (CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por Desempeño Diseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción
(CPEF)(CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
IntroducciónIntroducción
Enero 17 de 1994; 4:30am Sismo de Northridge (Valle
de San Fernando) 32 km. NO del centro de LA M = 6.7 US$ > 20 billones en daño
(Bruneau et al. 1998) Uno de los desastres más
costosos en EE.UU. 61 muertes y 9000 heridos
IntroducciónIntroducciónConexión Pre-NorthridgeConexión Pre-Northridge
Viga con alas soldadas y alma empernadaViga con alas soldadas y alma empernada
1965-1994 Soldadura de arco con núcleo
fundente Popular en EE.UU. y en
muchos países Se creía que era dúctil Capaz de resistir los ciclos
repetidos a grandes niveles de deformación inelástica
E70T-4, tip.
agujero de accesopara la soldadura
barra de respaldo
placa de continuidad
placa de cortante
zona de panel
IntroducciónIntroducciónIdentificación de los DañosIdentificación de los Daños
(FEMA 351)(FEMA 351)
Fallas frágiles Inspección en 250 edificios
- 1/3: No daños- 1/3: defectos constructivos.
En la raíz de soldadura Inicialmente fueron reportadas como daño
-1/3: Daños relacionados al sismo Edificios bajos y medianos (1 a 27
pisos) No hubo colapsos
E70T-4, tip.
Agujero de accesopara la soldadura
barra de respaldo
zona de panel
placa de cortante
IntroducciónIntroducciónCausas de los DañosCausas de los Daños
(FEMA-352)(FEMA-352)
Baja tenacidad de la soldadura Elevados esfuerzos de fluencia en vigas Concentraciones de esfuerzos Poca redundancia Zonas de panel extremadamente débil Presencia de la losa compuesta Detallamiento pobre Pobre mano de obra e inspección
Introducción Introducción ¿Porqué Rehabilitar PARM con CPEF?¿Porqué Rehabilitar PARM con CPEF?
Hay miles de edificios con conexiones Pre-Hay miles de edificios con conexiones Pre-NorthridgeNorthridge
Dar solución a estructuras que pudieran fallar en Dar solución a estructuras que pudieran fallar en forma frágil.forma frágil.
IntroducciónIntroducción Conexión Soldada a MomentoConexión Soldada a Momento
Daño estructuralDaño estructural es necesario para disipar la es necesario para disipar la
energía del sismoenergía del sismo
(U. Lehigh, Ricles et al. 2002)(U. Lehigh, Ricles et al. 2002)
IntroducciónIntroducción Rehabilitación sísmica de pórticos de acero Rehabilitación sísmica de pórticos de acero
resistentes a momentoresistentes a momento
Conexión Postensada con Elementos de Fricción Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
Daño estructuralDaño estructural no es necesario no es necesario para disipar para disipar energíaenergía
Sistema desarrollado para edificios nuevos: Sistema desarrollado para edificios nuevos: Universidad Lehigh y Centro ATLSS, PA-USAUniversidad Lehigh y Centro ATLSS, PA-USA
Sistema desarrollado para la rehabilitación sísmica Sistema desarrollado para la rehabilitación sísmica de edificios existentes: ESPOLde edificios existentes: ESPOL
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción
(CPEF)(CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Modelo AnalíticoModelo Analítico Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
ObjetivosObjetivos
Evaluar el desempeño sísmicoEvaluar el desempeño sísmico de pórticos de de pórticos de acero resistentes a momento con CPEF en acero resistentes a momento con CPEF en edificios existentes.edificios existentes.
Comparar el desempeño sísmicoComparar el desempeño sísmico entre entre pórticos pórticos de acero resistentes a momento rehabilitados de acero resistentes a momento rehabilitados con CPEF y conexiones soldadas con CPEF y conexiones soldadas convencionales en edificios existentes.convencionales en edificios existentes.
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexiones Postensadas con Elementos de Conexiones Postensadas con Elementos de
Fricción (CPEF)Fricción (CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)DetallesDetalles
Elevación
Placa Placa de Refuerzode Refuerzo
Placa dePlaca deCortanteCortante
AnclajesAnclajes
Torones Torones postensadospostensados
Placa Placa de Fricciónde Fricción
Placa Placa de Latónde Latón Placa ExteriorPlaca Exterior
Placa Placa de Rellenode Relleno
Elementos de FricciónElementos de Fricción
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
Modelo Analítico SimplificadoModelo Analítico Simplificado
M
r
centro de rotación
rr = rotación relativa = rotación relativa
M = Pd2 + Ffd1
f
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
ComportamientoComportamiento
M
r
placa con agujerosplaca con agujerosde ranura largade ranura larga
MM
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
ComportamientoComportamiento
M
r
Descompresión
placa con agujerosplaca con agujerosde ranura largade ranura larga
MM
rigidez inicial similar a una conexión a momento soldada totalmente restringidarigidez inicial similar a una conexión a momento soldada totalmente restringida
placa con agujerosplaca con agujerosde ranura largade ranura larga
MM
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
ComportamientoComportamiento
M
Descompresión
r
Rot. inminente
rr
placa con agujerosplaca con agujerosde ranura largade ranura larga
MM
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
ComportamientoComportamiento
M
Descompresión
r
Rot. inminente
Región de abertura
rr
placa con agujerosplaca con agujerosde ranura largade ranura larga
M
Descompresión
r
Rot. Inminente
Región de cierre Región de cierre de aberturade abertura
MM
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
ComportamientoComportamiento
rr
placa con agujerosplaca con agujerosde ranura largade ranura larga
conexión se auto-centra (no daño)conexión se auto-centra (no daño)
M
Descompresión
r
Rot. IRot. Inminentnminentee
Región de cierre Región de cierre de aberturade abertura
disipación de energíadisipación de energía
MM
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
ComportamientoComportamiento
Capacidad de disipación de energíaCapacidad de disipación de energía (elementos de fricción) Capacidad de auto-centrarseCapacidad de auto-centrarse (no deriva de entrepiso permanente)Viga, zona de panel y columna se mantienen esencialmente en el rango elásticorango elásticoDuctilidadDuctilidadTecnología de construcción existenteTecnología de construcción existenteRigidez inicial similarRigidez inicial similar a la rigidez de conexiones a la rigidez de conexiones a momento soldadasa momento soldadas
ConexiónConexión Postensada con Postensada con Elementos de FricciónElementos de Fricción (CPEF)(CPEF)
VentajasVentajas
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexión Postensada con Elementos de Fricción
(CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexión Empernada Rotacional (Conexión Empernada Rotacional (CERARLCERARL))
(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)
Placa de fricciónPlaca de fricción
Superficies de fricciónSuperficies de fricción
Placa exteriorPlaca exterior
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexión Empernada Rotacional (Conexión Empernada Rotacional (CERARLCERARL))
(U. de Berkeley; Grigorian y Popov 1992)(U. de Berkeley; Grigorian y Popov 1992)
AceroAcero
Comportamiento erráticoComportamiento errático
Latón Latón
Comportamiento estableComportamiento estable
Investigación PreviaInvestigación Previa Conexión Empernada Rotacional (Conexión Empernada Rotacional (CERARLCERARL))
(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)
Investigación PreviaInvestigación Previa Conexión Empernada Rotacional (Conexión Empernada Rotacional (CERARLCERARL))
(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)
Investigación PreviaInvestigación Previa Conexión Empernada Rotacional (Conexión Empernada Rotacional (CERARLCERARL))
ConclusionesConclusiones (U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)
Excelente disipación de energíaExcelente disipación de energía Mejor que cualquier otra conexión a momento Mejor que cualquier otra conexión a momento No hay degradación de resistenciaNo hay degradación de resistencia No hay daño en los elementos estructuralesNo hay daño en los elementos estructurales Similares ciclos histeréticos analíticos y Similares ciclos histeréticos analíticos y
experimentalesexperimentales
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexiones Postensadas (CPT):Conexiones Postensadas (CPT):
Ensayos ExperimentalesEnsayos Experimentales (U. Lehigh; Garlock 2002)(U. Lehigh; Garlock 2002)
Torones Torones postensadospostensados
ÁngulosÁngulos
Viga: W 36x150 Viga: W 36x150 —— Columna: W 14x398 Columna: W 14x398
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexiones Postensadas (CPT):Conexiones Postensadas (CPT):
Ensayos ExperimentalesEnsayos Experimentales (U. Lehigh; Garlock 2002)(U. Lehigh; Garlock 2002)
Parámetros
Lrp= longitud de la placa de refuerzo
To = fuerza total de postensado inicial
Ns = número de torones
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexiones Postensadas (CPT):Conexiones Postensadas (CPT):
Ensayos ExperimentalesEnsayos Experimentales (U. Lehigh; Garlock 2002)(U. Lehigh; Garlock 2002)
Investigación Previa Investigación Previa Conexiones Postensadas (CPT): Conexiones Postensadas (CPT):
Ensayos Experimentales Ensayos Experimentales ((U. Lehigh; Garlock 2002)U. Lehigh; Garlock 2002)
Capacidad de auto-centrarse (no deriva de Capacidad de auto-centrarse (no deriva de entrepiso permanente)entrepiso permanente)
Investigación Previa Investigación Previa Conexiones Postensadas (CPT): Ventajas Conexiones Postensadas (CPT): Ventajas
(U. Lehigh, Garlock 2002)(U. Lehigh, Garlock 2002)
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexiones Postensadas (CPT): ConclusionesConexiones Postensadas (CPT): Conclusiones
(U. Lehigh; Garlock 2002)(U. Lehigh; Garlock 2002)
Adecuada resistencia, rigidez, ductilidad, y Adecuada resistencia, rigidez, ductilidad, y capacidad de auto-centrarsecapacidad de auto-centrarse
Deformación inelástica concentrada en los ángulos. Deformación inelástica concentrada en los ángulos. Fácilmente reemplazablesFácilmente reemplazables
Viga/columna y zona de panel permanecen en el Viga/columna y zona de panel permanecen en el rango elásticorango elástico
No soldadura de campoNo soldadura de campo
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)
(U. Lehigh; Petty 1999)(U. Lehigh; Petty 1999)
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)
(U. Lehigh; Petty 1999)(U. Lehigh; Petty 1999)
Ensayos a nivel de componentes para estudiar las Ensayos a nivel de componentes para estudiar las superficies acero-latón :superficies acero-latón :
Ensayos de Placas Dobles a FricciónEnsayos de Placas Dobles a Fricción
Ensayos de Ángulos Dobles a FricciónEnsayos de Ángulos Dobles a Fricción
Investigación Previa Investigación Previa Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)
(U. Lehigh; Petty 1999)(U. Lehigh; Petty 1999)
Para estudiar las Para estudiar las superficies latón-acero superficies latón-acero (similar a elementos (similar a elementos de fricción en las alas de fricción en las alas de las vigas) de las vigas)
Ensayos de Placas Dobles a FricciónEnsayos de Placas Dobles a Fricción
Para estudiar el Para estudiar el comportamiento de comportamiento de ángulos doblesángulos dobles
Investigación Previa Investigación Previa Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)
(U. Lehigh; Petty 1999)(U. Lehigh; Petty 1999)
Ensayos de Ángulos Dobles a FricciónEnsayos de Ángulos Dobles a Fricción
Investigación PreviaInvestigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF): Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF):
Conclusiones Conclusiones (U. Lehigh; Petty 1999)(U. Lehigh; Petty 1999)
Coeficientes de fricción estático y cinético son Coeficientes de fricción estático y cinético son muy similaresmuy similares
Usar un coeficiente de fricción de 0.45Usar un coeficiente de fricción de 0.45 Placas latón-acero producen una fuerza de Placas latón-acero producen una fuerza de
fricción estable fricción estable FFff = 2 = 2N (Teoría de Coulomb)N (Teoría de Coulomb) Ángulos dobles a fricción pueden ser una forma Ángulos dobles a fricción pueden ser una forma
viable de disipar energía en una CPT de aceroviable de disipar energía en una CPT de acero
Investigación PreviaInvestigación Previa Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)
para Edificios Nuevos para Edificios Nuevos (U. Lehigh; Rojas 2003)(U. Lehigh; Rojas 2003)
Análisis lateral estático (pushover)Análisis lateral estático (pushover)
Análisis dinámicos con ocho Análisis dinámicos con ocho registros de aceleraciones a registros de aceleraciones a nivel DBE y MCEnivel DBE y MCE
-1.20
-0.90
-0.60
-0.30
0.00
0.30
0.60
0.90
1.20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Conclusiones:Conclusiones:
Desempeño sísmico superior a un pórtico Desempeño sísmico superior a un pórtico resistente a momento con conexiones resistente a momento con conexiones soldadas convencionalessoldadas convencionales
Capacidad auto-centranteCapacidad auto-centrante
Investigación PreviaInvestigación Previa Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)
para Edificios Nuevospara Edificios Nuevos (U. Lehigh; Rojas 2003)(U. Lehigh; Rojas 2003)
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexión Postensada con Elementos de Fricción
(CPEF) Investigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios ExistentesRehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes ¿Porqué usar CPEF en PARM?¿Porqué usar CPEF en PARM?
Hay miles de edificios con la conexión soldadas a Hay miles de edificios con la conexión soldadas a momentomomento
Daño significativo de acuerdo a la filosofía de Daño significativo de acuerdo a la filosofía de diseño actual ante sismos severos (en especial diseño actual ante sismos severos (en especial MCE).MCE).
Colapso es posible si réplicas severas ocurren en Colapso es posible si réplicas severas ocurren en el edificio dañado. el edificio dañado.
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes PARM-TRPARM-TR
6-pisos : 6 luces @ 30 ft = 180 ft
--- PLANTA ---
4 @ 30' = 120'
13´
13´
13´
13´
13´
15´W14
x426
W14
x398
W14
x311
W36x160
W36x160
W36x150
W30x108
W30x108
W24x76
ELEVACION
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Apuntalar VigaApuntalar Viga
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Apuntalar VigaApuntalar Viga Remover conexiónRemover conexióny acción compuesta de losay acción compuesta de losa
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Placas de refuerzoPlacas de refuerzoy Elementos de Fricción y Elementos de Fricción
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Agujeros en almaAgujeros en almade viga de viga
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Placa de cortante Placa de cortante
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Placa de cortante Placa de cortante Colocar toronesColocar toronespostensadospostensados
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes Proceso ConstructivoProceso Constructivo
Tensar toronesTensar toronespostensadospostensados
Apretar pernosApretar pernosen los elementos deen los elementos de
fricción fricción
Reforzar vigas Reforzar vigas colectoras (de ser colectoras (de ser
necesario)necesario)
Detalle para Detalle para abertura en las abertura en las
conexionesconexiones
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexión Postensada con Elementos de Fricción
(CPEF) Investigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
Modelo Analítico Modelo Analítico DRAIN-2DXDRAIN-2DX
Permite hacer análisis no-lineales estáticos y dinámicos para pórticos bi-dimensionales
• Elemento Fibra• Elemento Armadura• Elemento de Conexión• Elemento de Resorte Rotacional• Elemento Viga-Columna
dviga
Torones PT Elemento Armadura
Modelo Analítico Modelo Analítico Modelo con DRAIN-2DXModelo con DRAIN-2DX
dviga
dcol
Elemento Armadura
Elemento Fibra
Resortes enzona de panel
Elemento Fibra
Torones PT omitidos por claridad
Articulación
Nudo I Nudo J
Segmento
Fibra
Elemento Fibra
Deformación
Compresión
Tensión
E1
E1
E1
yc
yt
y
c
E1y
t
Esfuerzo
Propiedad de Materiales para Fibras de Acero
Deformación
Compresión
Tensión
yc
E1
E1
Esfuerzo
Propiedad de Materiales para Fibras en Contacto con Columna
Modelo AnalíticoModelo AnalíticoModelo con DRAIN-2DXModelo con DRAIN-2DX
Modelo AnalíticoModelo Analítico
Modelo con DRAIN-2DX: AberturaModelo con DRAIN-2DX: Abertura
Def.
comp.
ten.
Esfuerzo
Def.
comp.
ten.
Esfuerzo
Def.
comp.
ten.
Esfuerzo
Elemento Fibra
esfuerzo (B)
B
esfuerzo (A)
A
esfuerzo (C)
C
Modelo AnalíticoModelo Analítico
Pórtico Rehabilitado con CPEFPórtico Rehabilitado con CPEF
Rigidez de Rigidez de sótanosótano
Masas Masas
Interacción entre pórticos Interacción entre pórticos gravitacionales y PARMgravitacionales y PARM
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexión Postensada con Elementos de Fricción Conexión Postensada con Elementos de Fricción
(CPEF)(CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño ObjetivosObjetivos
M
r
Descompresión
Pa
nde
o lo
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e v
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,F
lue
nci
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e to
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s o
Fa
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ent
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de
fric
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n
Rot. Inminente
M
r
X
Niveles de Des. Sísmico:Niveles de Des. Sísmico: (OI) Ocupación inmediata (PC) Prevención del colapso
(OI) (PC)
Niveles Sísmicos:Niveles Sísmicos: (DBE) Sismo de Diseño (MCE) Sismo Considerado Máximo r,MCEr,DBE
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexión Postensada con Elementos de Fricción Conexión Postensada con Elementos de Fricción
(CPEF)(CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Modelo AnalíticoModelo Analítico Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico Rehabilitado
Modelo analítico DRAIN-2DX de pórtico rehabilitado.Modelo analítico DRAIN-2DX de pórtico rehabilitado.
Modelo similar al caso de edificios nuevos con CPEF.Modelo similar al caso de edificios nuevos con CPEF.
CPEF diseñadas de acuerdo al procedimiento de diseño CPEF diseñadas de acuerdo al procedimiento de diseño para edificios nuevos.para edificios nuevos.
Análisis lateral estático (pushover)Análisis lateral estático (pushover)
Análisis dinámicos con ocho registros de Análisis dinámicos con ocho registros de aceleraciones a nivel DBE y MCE.aceleraciones a nivel DBE y MCE.
-1.20
-0.90
-0.60
-0.30
0.00
0.30
0.60
0.90
1.20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoResultados Estáticos LateralesResultados Estáticos Laterales
Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico Rehabilitado Desempeño Sísmico: Resultados DinámicosDesempeño Sísmico: Resultados Dinámicos
Rehabilitado:Rehabilitado:media + media +
TR:TR:mediamedia
media + media + mediamedia
LeyendaLeyenda
DBEDBE MCEMCE
Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico Rehabilitado Desempeño Sísmico: Resultados DinámicosDesempeño Sísmico: Resultados Dinámicos
Rehabilitado:Rehabilitado:media + media +
TR:TR:mediamedia
media + media + mediamedia
LeyendaLeyenda
DBEDBE MCEMCE
0
1
2
3
4
5
6
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0%
Deriva Residual de Entrepiso
Niv
el d
e P
iso
0
1
2
3
4
5
6
0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0%
Deriva Residual de EntrepisoN
ivel
de
Pis
o
Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico Rehabilitado Desempeño Sísmico: Resultados DinámicosDesempeño Sísmico: Resultados Dinámicos
(Registro Canoga; Northridge 1994)(Registro Canoga; Northridge 1994)
DBEDBE MCEMCE
PARM-TRPARM-TR PARM-TR RehabilitadoPARM-TR Rehabilitado
LeyendaLeyenda
0
1
2
3
4
5
6
-400 -300 -200 -100 0 100
Desplazamiento Residual (mm)
Niv
el
de
Pis
o
0
1
2
3
4
5
6
-400 -300 -200 -100 0 100
Desplazamiento Residual (mm)N
ive
l d
e P
iso
Evaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoEvaluación Sísmica de Pórtico RehabilitadoDesempeño Sísmico: Resultados DinámicosDesempeño Sísmico: Resultados Dinámicos
(Registro Canoga; Northridge 1994)(Registro Canoga; Northridge 1994)
-1000
-750
-500
-250
0
250
500
750
1000
0 5 10 15 20 25
Tiempo (seg.)
De
sp
. de
últ
imo
pis
o (
mm
)
-1000
-750
-500
-250
0
250
500
750
1000
0 5 10 15 20 25
Tiempo (seg.)
Des
p. d
e ú
ltim
o p
iso
(mm
)
DBEDBE MCEMCE
PARM-TRPARM-TR PARM-TR RehabilitadoPARM-TR Rehabilitado
LeyendaLeyenda
ContenidoContenido
IntroducciónIntroducción ObjetivosObjetivos Conexión Postensada con Elementos de Fricción Conexión Postensada con Elementos de Fricción
(CPEF)(CPEF) Investigación PreviaInvestigación Previa Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Modelo AnalíticoModelo Analítico Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Evaluación Sísmica de Edificios ExistentesEvaluación Sísmica de Edificios Existentes ConclusionesConclusiones
ConclusionesConclusiones
Una CPEF es una alternativa prometedora para edificios Una CPEF es una alternativa prometedora para edificios nuevos y existentes con PARM nuevos y existentes con PARM
El modelo analítico desarrollado predice con gran exactitud El modelo analítico desarrollado predice con gran exactitud el comportamiento de la conexión sometida a carga cíclica.el comportamiento de la conexión sometida a carga cíclica.
Prácticamente no existe daño en los elementos Prácticamente no existe daño en los elementos estructurales a niveles de sismos DBE y MCE.estructurales a niveles de sismos DBE y MCE.
El desempeño sísmico de un PARM con CPEF es El desempeño sísmico de un PARM con CPEF es satisfactorio en términos de resistencia, disipación de satisfactorio en términos de resistencia, disipación de energía, deformación y capacidad de auto-centrarse.energía, deformación y capacidad de auto-centrarse.
AgradecimientosAgradecimientos
Dr. Pedro Rojas C. – Director de Tesis de GradoDr. Pedro Rojas C. – Director de Tesis de Grado
Dr. James Ricles y Dr. Richard Sause por la Dr. James Ricles y Dr. Richard Sause por la revisión y opiniones relacionadas en esta revisión y opiniones relacionadas en esta investigacióninvestigación
Escuela Superior Politécnica del Litoral, Escuela Superior Politécnica del Litoral, ESPOLESPOL
GraciasGracias
GraciasGracias
Conexión Soldada a MomentoConexión Soldada a Momento
E70-T4, typ.E70-T4, typ.
agujero de accesoagujero de accesopara la soldadurapara la soldadura
barra de respladobarra de resplado
placa de placa de cortantecortante
zona de panelzona de panel
placa de continuidadplaca de continuidad
Conexión SimpleConexión Simple
Ángulo de AsientoÁngulo de Asiento
ÁnguloÁnguloPlaca de CortantePlaca de Cortante
MM
θθ
Totalmente Restringida (TR) – Rígidas
Parcialmente Restringida (PR) – Semirígidas
Parcialmente Restringida (PR) – Simples
Tipos de ConexionesTipos de Conexiones
Conexión Pre-NorthridgeConexión Pre-Northridge¿¿Dúctil?Dúctil?
M
p
dúctildúctilfrágilfrágil
Mp p 0.03 rad(diseño sísmico)
Conexión empernada rotacionalConexión empernada rotacionalSuperficies de FricciónSuperficies de Fricción
(U. de Berkeley; Grigorian y Popov 1992)(U. de Berkeley; Grigorian y Popov 1992)
PP
P/2P/2
P/2P/2
Ala de vigaAla de viga
Placa Placa
Placa de fricciónPlaca de fricción(agujeros alargados)(agujeros alargados)
Superficies Superficies de fricciónde fricción
InvestigaciónInvestigación PreviaPreviaEnsayoEnsayo Experimental en Experimental en ConexionesConexiones Postensadas Postensadas
(U. Lehigh; Garlock 2002)(U. Lehigh; Garlock 2002)
3.96 m.
9.00 m.
W36x150 (Fy= 50)
W14x398 (Fy= 50)
Torones PT
Investigación PreviaInvestigación Previa Conexiones Postensadas (CPT) Conexiones Postensadas (CPT)
(U. Lehigh, Garlock 2002(U. Lehigh, Garlock 2002))
Planta (PARM en rojo) Elevación
Pórtico Resistente a Momento PARM-TRPórtico Resistente a Momento PARM-TR
20s – 18 W 20s – 18 W
20 =20 = Número de ToronesNúmero de Torones18 =18 = Fuerza de Postensado Inicial por TorónFuerza de Postensado Inicial por Torón
W =W = Ángulos soldados a las vigasÁngulos soldados a las vigas
NOMENCLATURANOMENCLATURANOMENCLATURANOMENCLATURA
Modelo AnalíticoModelo Analítico Verificación de Modelo Analítico de Cruciforme (CPT)Verificación de Modelo Analítico de Cruciforme (CPT)
(U. Lehigh; Garlock 2002)(U. Lehigh; Garlock 2002)
-300
-200
-100
0
100
200
300
-7 -5 -3 -1 1 3 5 7
in
H (
Kip
s)
Análisis simplificadoDRAIN-2DX
EnsayoExperimental
H
Investigaciones PreviasInvestigaciones PreviasCPEF (Petty 1999)CPEF (Petty 1999)
Investigaciones PreviasInvestigaciones PreviasCPEF (Petty 1999)CPEF (Petty 1999)
Conclusiones:Conclusiones: Fuerza de fricción Fuerza de fricción
estableestable FFff = 2 = 2N (Coulomb)N (Coulomb) Doble ángulo a Doble ángulo a
fricción es una forma fricción es una forma viable para disipar viable para disipar energía en energía en conexiones conexiones postensadas de postensadas de acero.acero.
Sismo de Diseño(DBE)
Descompresión Abertura
Inminente
Sismo ConsideradoMáximo(MCE)
Torones permanecen elásticos
No falla de elementos de fricción
Se mantiene la capacidad auto-centrante
Vigas, columnas, zonas de panel permanecen elásticas
Edificio listo para su reocupación
Deriva residual pequeña Previene el colapso Vigas, zonas de panel
y/o columnas en el rango inelástico
Puede ser seguro para su reocupación
Desempeño RequeridoCPEF (local) Pórtico (Global)
Nivel de Sismo
Diseño por DesempeñoDiseño por Desempeño Objetivos de DiseñoObjetivos de Diseño
La desviación estándar es la medida de la dispersión de los valores respecto a la media.
Evaluación del Desempeño SísmicoEvaluación del Desempeño SísmicoDBE – Espectro de RespuestaDBE – Espectro de Respuesta
0
1
2
3
4
5
6
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Period, T (sec)
Sa (
g)
Chi-ChiBoluGilroyCanogaTarzanaArtificialKobeMiyagiIBC 2000
T 1 (
PF
DC
)
T 2 (
PF
DC
)
T 2 (
FR
)
T 1 (
FR
)
MCE = DBE*1.5MCE = DBE*1.5
Período, T (seg)Período, T (seg)
T1
(RE
HA
BIL
ITA
DO
)
T1
(T
R)
T1
(TR
)
T2
(RE
HA
BIL
ITA
DO
)
T2 (T
R)
Rehabilitación de Edificios ExistentesRehabilitación de Edificios Existentes PARM-TRPARM-TR
4 @ 9.15 m = 36.6 m
3.96 m
3.96 m
3.96 m
3.96 m
3.96 m
4.57 mW14
x42
6W
14x3
98
W14
x31
1
W36x160
W36x160
W36x150
W30x108
W30x108
W24x76
ELEVACION
3170-556
3170-556
2894-503
1940-454
1940-454
1313-343
TToo - F - Ff f (KN)(KN)
32
32
30
24
18
NNss
24
VigasVigas
406 – 30
406 – 30
406 – 25
406 – 25
406 – 25
406 – 20
P. RefuerzoP. Refuerzo L – t (mm)L – t (mm)
IntroducciónIntroducciónEdificios de aceroEdificios de acero
Falla en las uniones Falla en las uniones (FEMA 352)(FEMA 352)
IntroducciónIntroducciónEdificios de aceroEdificios de acero
Falla en las columnas Falla en las columnas (FEMA 352)(FEMA 352)
IntroducciónIntroducciónEdificios de aceroEdificios de acero
Falla en las uniones Falla en las uniones (EERI, CD-98-1)(EERI, CD-98-1)
Procedimiento de DiseñoProcedimiento de Diseño
1.1. Determinación de Fuerzas Laterales EquivalentesDeterminación de Fuerzas Laterales Equivalentes2.2. Suposiciones Iniciales RecomendadasSuposiciones Iniciales Recomendadas3.3. Selección de Secciones de Vigas y ColumnasSelección de Secciones de Vigas y Columnas4.4. Realizar Análisis EstáticoRealizar Análisis Estático5.5. Diseño de vigas colectorasDiseño de vigas colectoras6.6. Estimación de la Demanda EstructuralEstimación de la Demanda Estructural7.7. Determinación de la Resistencia Mínima de la ConexiónDeterminación de la Resistencia Mínima de la Conexión8.8. Diseño de la Placa de RefuerzoDiseño de la Placa de Refuerzo9.9. Diseño de la Zona de PanelDiseño de la Zona de Panel10.10. Realizar Análisis No-linealesRealizar Análisis No-lineales