DISENO.SISMICO.LBFG

Diseo Sismo Resistente deDiseo Sismo-Resistente de Edificios Concreto Armado

Por: Ing. Luis B. Fargier-Gabaldn, MSc, PhDIng. Luis B. Fargier Gabaldn, MSc, PhD

Contenido

N t l d l T t

Introduccin

P t I t t l Di Si R i t t

Naturaleza de los Terremotos

Parmetros Importantes en el Diseo Sismo-Resistente

Principios Fundamentales en el Diseo Sismo-Resistente

Diseo Basado en Desempeo

Diseo Sismo-Resistente de Elementos Estructurales

Introduccin

El diseo Sismo-Resistente

ARTE o CIENCIA?

Diseo sismo-Diseo sismo-resistente de edificios de

concreto armado?

( )1

/ xeni i x y z

i

x y zX Y d d d

EI=+

1

11 12 13

21 22 23det

i EIVba a aa a aa a a

== 31 32 33a a a

Introduccin

Turqua

Contenido

N t l d l T t

Introduccin







Housner (1982)

Naturaleza de los Terremotos Housner (1982)

Contenido

N t l d l T t

Introduccin







Parmetros Importantes en el Diseo Sismo-ResistenteSozen (2004)

Relacinmasa/rigidez

Periodo

( )

masa/rigidez

Relacin C t B lRelacinpeso/resistencia

Corte Basal

Relacin desplazamiento lateral/altura

Derivadesplazamiento lateral/altura


Relacinmasa/rigidez

PeriodoSozen (2004)

masa/rigidez

Relacin C t B lRelacin peso/resistencia

Corte Basal



Periodo 2 MT K=

3/ 40.073T h=/10T N=Formulas Empricas

2Metodo de Rayleigh 2T =

( )21k pE E=iiF iW

1E F=

( )212k i

E M =

2p i iE F=

2

2 i iWT = 2i i

Tg F

= T =


Relacin masa/rigidez

PeriodoSozen (2004)

masa/rigidez


Corte Basal



Corte Basal

Daos estructurales

Corte BasalHousner (1982)

CB medido (daos menores)

Aceleracin en el techo

Housner (1982)

CB medido (sin daos)

CB diseo

( )


Relacin masa/rigidez

PeriodoSozen (2004)

masa/rigidez


Corte Basal



Deriva

( )f iF Rotaciones

Columnas y Vigas (f)

( )i f c j df + + +

iW

y g ( f)

Deformaciones por Corte

Columnas y Vigas (c)

Deformacin por Corte p

Juntas Viga-Columna (j)

Deslizamiento

Barras de Acero (d)

Deriva

( )f ( )i f c j df + + +iF RotacionesColumnas y Vigas (f)

iW

y g ( f)



Deformacin por Corte

f

p


IeElemento

Deslizamiento

Barras de Acero (d)

0.7 IgColumnas0.5 IgVigas

Deriva

( )f iF ( )i f c j df + + + Rotaciones

Columnas y Vigas (f)iW

y g ( f)





c Deslizamiento

Barras de Acero (d)

Deriva



y g ( f)



Deformacin por Cortep


Deslizamiento

Barras de Acero (d)j

Deriva



y g ( f)




Juntas Viga-Columna (j)d Deslizamiento

Barras de Acero (d)

Contenido

N t l d l T t

Introduccin








Evaluar el camino de las fuerzas laterales

Evaluar discontinuidades de resistencia y rigidezy g

Seleccionar la ubicacin de rotulas plsticas

Evitar la falla de columnasEvitar la falla de columnas

Evitar la falla por corte Evitar la falla por corte

Usar muros de corte Usar muros de corte


Evaluar la ruta de las fuerzas laterales

Evitar discontinuidades de resistencia y rigidezy g





Estacionamiento Northridge CA USA


Estacionamiento Northridge, CA, USA


Estacionamiento Northridge CA USAEstacionamiento Northridge, CA, USA

Evitar discontinuidades de resistencia y rigidez

h


Solucin para evitar la planta baja libre


Kobe, Japn





Donde es conveniente que se formen? En vigas

Rotula plstica?: lugar donde se concentran deformaciones inelsticas

Porque es necesario saber donde eventualmente se producirn? Requieren consideraciones especiales de diseo

Evitar la falla de columnas

Evitar la falla por corte





Evitar la falla de columnas = salvar vidasEvitar la falla de columnas salvar vidas



Colapso de columnas = colapso del entrepiso


Colapso de columnas = colapso del entrepiso

Falla por corte de una columna corta


(Kobe Japn)Falla por corte de una columna corta (Kobe, Japn)

(Northridge USA)


Falla por corte de una columna corta (Northridge, USA)Falla por corte de una columna corta


(Northridge USA)Falla por corte de una columna corta (Northridge, USA)Falla por corte de una columna corta


Columna corta


Falla de la columna corta

Falla por corte


Recomendacin, IPS1 -ACI-

2x

x


Terremoto de Chile, 3 Marzo de 1985 (Mr 7.8)

Alta densidad de muros en una direccin () ~ 3%Alta densidad de muros en una direccin () 3%El detallado de los muros eran menos estrictos que los requerimientos de la mayora de los cdigos de diseo modernos.

Area en planta

muro() = Area muros / Area en planta ~ 3%

Estos edificios sufrieron muy pocos daos.


Poderosa herramienta de diseo

dw gwhS 20sc

d

w

wD

s hEg

lS

h

= 12.0

D = deriva de piso

Hs = altura de piso

SD1= aceleracin espectral de diseo para 1 segundo

Hw = altura del muro

Lw = longitud del muro

wd = peso del edificio por m2

Ec = mdulo de elasticidad del concreto

= ndice de muros


3

sc

d

w

wD

s hEgw

lhS

h

= 12.0

2.5

scws wd = 1 Ton/m2

SD1 = 1 g

2

hw/lw=8

e

r

i

v

a

hs = 3 m

1.5w w

hw/lw=6

D

e

0 5

1hw/lw 6

hw/lw=4

0.5

hw/lw=2

0 1 2 3 4 5

D f d d l P ti l M


Deformadas del Prtico y el Muro

Contenido

N t l d l T t

Introduccin








Evaluar mecanismos de colapso bajo cargas laterales

Seleccionar la ubicacin de rotulas plsticasSeleccionar la ubicacin de rotulas plsticas

Calcular deflexiones laterales, evaluar daos

Contenido

N t l d l T t

Introduccin








Vigas: detallado para absorber energa

C Consideraciones en el diseo de columnas

Proteger la columnas: columna fuerte vs. viga dbil

Uniones viga-columna



E l l i A i f i (1/2) A i tension = (0.5) balanceado En rtulas plsticas As inferior (1/2) As superior Disear para corte por capacidad Confinamiento adecuado en rotulas plsticas (estribos)Confinamiento adecuado en rotulas plsticas (estribos) Limitar el esfuerzo cortante a 1.6 fc

Consideraciones en el diseo de columnas



Vigas: Detallado para absorber energa


Vigas: Detallado para absorber energa tension = (0.5) balanceado



Englekirk (2003)Vigas: Detallado para absorber energa tension = (0.5) balanceado

Englekirk (2003)



Vigas: Detallado para absorber energa tension = (0.5) balanceado

bal100

0.5 bal

80

t

o

n

-

m

)

0.5 bal

40

60

o

m

e

n

t

o

(

t

0.65 m

0 25 m

20

M

o

0.25 m0

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04Curvatura (1/m)


Vi d t ll d b b Vigas: detallado para absorber energaEn rotulas plsticas As inferior (1/2) As superior

Mni- Mnd-Mn- o Mn+ (max Mn en la junta)/4

h

2h 2h

Mni+ (1/2) Mni- Mnd+ (1/2) Mnd-

2h 2h


Distribucin uniforme del acero longitudinal

Lograr un diseo eficiente

Redistribucin de Momentos

Reducir el momento mximo (negativo generalmente) y compensarlo . con un incremento del momento mnimo (el positivo generalmente)

Igualar la magnitud de los momentos a ambos lados de la junta


Redistribucin de Momentos, principios bsicos

LcF

Vj

Mb2 Mb4

Lc

Vj

Mb1 Mb3

Vj+Vj+F=0Mb =Mb1+Mb2+Mb3+Mb4= cteMb =cte


25 506010595 G

Redistribucin de Momentos, principios bsicos (Paulay y Priestley 1992)

2530 3025 55

G

136 153 213

400

187

289

272306

FS

289187

289272

111 128 243

460384301

VjF

S+G

239217

184267


8m 8m

Redistribucin de Momentos, principios bsicos (Paulay y Priestley 1992)

111 128 243

460

217

384

267301 S+G

239217

184267

Mb = 239+384+184+460=1267Diseo (centro de la columna)

M-= 340

(cara de la columna 60 x60 cm)

M- = 300

Mb = 2 (340) + 2 (294) =1268M+= 294 M+ = 290

138 155 185

340

162

340

328S+G

294162

294

295 Redist



Disear para corte por capacidad


w

Mn1 Mn2

V Vln

Vmax Vmax

wMM l+2

(max) 21 nn

nn wMMV ll ++=

Efecto del confinamiento


Garcia So en (2004)Efecto del confinamiento Garcia y Sozen (2004)


Vi d t ll d b b Vigas: detallado para absorber energa

Confinamiento adecuado en rotulas plsticas (estribos)

5 cm 10 cm

d/4

h

d/4

2h 2h

20 cm

d/22h 2h d/2



Vigas: Detallado para absorber energaLimitar el esfuerzo cortante a 1.6 fc

Ni l d t t l

max 1.6V fcbd

= Niveles de corte en rtulas

plsticas vs. comportamiento

ComportamientoEsfuerzo cortante

Bueno0.8 fc 1.6

Excelente 0.8 fc

Pobre 1.6 fcfc

AsA 0 25 Ad

As

Asi 0.25 AsAsi 0.25 Asd

b



C Consideraciones en el diseo de columnas



Diseo de muros estructurales



C Consideraciones en el diseo de columnas Mxima relacin de aspecto 3/1

Distribuir el acero longitudinal de manera uniforme

Mxima caga permisible en una columna Pbalanceada Disear para corte por capacidad

Confinamiento adecuado (estribos)




C id i l di d l


Mxima relacin de aspecto 3/1Consideraciones en el diseo de columnas

Kobe, Japon

C id i l di d l


Mxima relacin de aspecto 3/1Consideraciones en el diseo de columnas

C id i l di d l


ACI 318 (2005)

Distribuir el acero longitudinal de manera uniformeConsideraciones en el diseo de columnas ACI -318 (2005)

Diseo Sismo-Resistente de Elementos EstructuralesConsideraciones en el diseo de columnasConsideraciones en el diseo de columnas

P

Aplastamiento del concreto

Cadencia del Acero

M



Mxima caga permisible en una columna PbalanceadaConsideraciones en el diseo de columnas

P=0 1 A fP= P

100

P=0

P=0.1 Ag fcP= Pbal

60

80

o

(

t

o

n

-

m

)

0.5 m=2%40

M

o

m

e

n

t

o

0.5 m0

20

0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 120 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12Curvatura (1/m)

C id i l di d l


Consideraciones en el diseo de columnasDisear para corte por capacidad

Limitar el esfuerzo cortante a 1.6 fc

Vmax

Mn2 (col)

M ( l)

ln

Mn1 (col)

V

1 2( ) ( )n nM col M col+

Vmax

1 2max

( ) ( )n nn

V = l

C id i l di d l


Consideraciones en el diseo de columnas Confinamiento inadecuado

Confinamiento adecuado (estribos ligaduras)


Confinamiento adecuado (estribos, ligaduras)

Confinamiento adecuado (estribos ligaduras)


Confinamiento adecuado (estribos, ligaduras)

A

ch

g

yh

ccsh A

AffshA 13.0 Ash = area de acero transversal

hc = dimension del ncleo, perpendicular a AshA = area gruesa de concreto

yh

ccsh f

fshA 09.0Ag = area gruesa de concretoAch = area de ncleo de concreto


Vigas: Detallado para absorber energaConfinamiento adecuado en rotulas plsticas (estribos)


c2

c1

2 c1

2 c2

L/6 s d/2L/6 50 cm

s d/2s 15 cm

s d/4s 10 cm



C

P l l l f i dbil


Proteger la columnas: columna fuerte vs. viga dbil Columna fuerte vs. viga dbil (menos fuerte)

Uniones viga-columna Calcular Mn (vig) incluyendo la contribucin de la losa



P t l l l f t i dbil

Columna fuerte vs. viga dbil (menos fuerte)


Mn (vig)Mn (vig)

Vvig

Mn (col)

Vcol

( ) 1 2nM col ( )1.2( )

1.42 0

nM vig 2.0



C

P l l l f i dbil


Proteger la columnas: columna fuerte vs. viga dbil Columna fuerte vs. viga dbil (menos fuerte)

Uniones viga-columna Calcular Mn (vig) incluyendo la contribucin de la losa




Calcular Mn (vig) incluyendo la contribucin de la losa


bebe



Calcular Mn (vig) incluyendo la contribucin de la losa


be luz/4 bw + 16(hf) distancia entre vigasbe

distancia entre vigas

hf

bw


Falla de columnas: principal causa de colapso Consideraciones en el diseo de columnas

Proteger la columnas: columna fuerte vs. viga dbil Vigas: detallado para absorber energa

Uniones viga-columna Diseo de muros estructurales

U i i l


Demanda en la unin viga-columna


Vc

Lc/2

Vbdb VbMb

Mb

Lc/2

Vc


U i i lUniones viga-columnaLimitar el esfuerzo cortante en la junta

V l

M- M+

coluj

fATVCTV 21(max)

+=

Vcol

C

ys

ys

fATCfAT

222

11

===T1C2

Usar 1.25T2 C1

Vcol

2



uj j c j colV f b h uj j c j colj = 5.4 (juntas interiores)

= 4.0 (juntas exteriores)

= 3.4 (otras juntas)

bj = ancho efectivo de la junta

h = profundidad de la columna paralela a la direccinhcol = profundidad de la columna paralela a la direccin

donde se aplica el corte

= 0.85


U i i l

Deformacin de la unin viga-columna


Distorsin a Corte de la Junta ()


U i i lUniones viga-columnaVerificar el anclaje de las barras en la conexin

hcolhcol

20, 28,32( )col

b

hd vig

db(beam)( ) 20, 28,32

vig

b

hd col hvig

d (col)db(col)Barra # 4 5 6 7 8

hcol o hvig 25 30 40 45 50col vig(cm)



s=0.5s 0.5

bj bc

h /2hc/2

b bbj bc



s=0.3

bbc

bj

b bhc/2

bj bc


Falla de columnas: principal causa de colapso Consideraciones en el diseo de columnas

Proteger la columnas: columna fuerte vs. viga dbil Vigas: detallado para absorber energa

Uniones viga-columna Diseo de muros estructurales


U dUsar muros de corte

Minimizan la posibilidad de mecanismos de piso Aportan rigidez a la estructura (bajan T) Es una forma econmica para controlar las derivas Requieren especial cuidado a nivel de fundaciones

Diseo: Por flexin:

Disear usando compatibilidad de deformacionesCuanta de refuerzo horizontal recomendada: 0 0025Cuanta de refuerzo horizontal recomendada: 0.0025

Cuanta de refuerzo vertical recomendada: 0.0025 =As / (b.s)s

b

Principios Fundamentales en el Diseo Sismo-Resistente Diseo:

Por corte:Diseo:

( ' )cv c v yVn A f c f = +( )cv c v yf fc= 0.80 si hw / lw < 1.5c= 0.53 si hw / lw >2.0

Ventajas Econmicas (Garca 1996, IABSE) best paper award-

Para derivas menores a 0.75%h el uso de murosPara derivas menores a 0.75%h el uso de muros estructurales debe ser investigado pues su estos puede reducir las derivas hasta en un factor de 10 con respecto a la estructura de prticos sin que secon respecto a la estructura de prticos sin que se incurra en un aumento excesivo en costos

Contenido

N t l d l T t

Introduccin







Nunca olvidar

Rigidez-Resistencia-Deriva

En general son preferible los edificios rgidos a flexibles-Usar muros de corte

Columnas con carga menor a la balanceada (< 0.25 fc Ag)

Tomar provisiones con respecto a las columnas cortasp p

No plantas bajas libres

Ser generosos con los estribos Ser generosos con los estribos

Limitar la deriva dada por el cdigo al 0.01h (1.0%)

Revisar los mtodos clsicos de anlisis

Para nunca olvidar

Equilibrio de fuerzas (leyes de newton)

Mtodos clsicos de anlisis

q ( y )

Compatibilidad de deformaciones

Seccin transformada lnea recta Seccin transformada, -lnea recta-

Mtodo de Cross. Columna anloga

Mtodo de pendiente deflexin (rotaciones)

Lneas de influencia

rea momento, viga conjugada, doble integracin

Mtodo de flexibilidadesMtodo de flexibilidades

G iGracias

Gracias????????????????????????????????????????????????????????????????

??????????????

PreguntasPreguntas

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