Confinamiento y ductilidad de los edificios de hormig³n armado

  • View
    232

  • Download
    9

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Esta Monografía (ARCER nº 5) se centra sobre una cuestión eminentemente práctica, con la que pueden aprovecharse las características asociadas a los aceros de alta ductilidad: el confinamiento del hormigón. Y es que una disposición adecuada, no sólo de la armadura transversal, sino de la propia armadura longitudinal, puede aumentar considerablemente las prestaciones de nuestras estructuras, algo fundamental cuando van a estar sometidas a esfuerzos cercanos a las situaciones de colapso, como es el caso del sismo.

Text of Confinamiento y ductilidad de los edificios de hormig³n armado

  • M O N O G R A F A

    5

    Con namiento y ductilidadde los edi cios de hormign armado

    CO

    NF

    INA

    MIE

    NT

    O Y

    DU

    CT

    ILID

    AD

    DE

    LO

    S E

    DIF

    ICIO

    S D

    E H

    OR

    MIG

    N

    AR

    MA

    DO

    5M

    ON

    OG

    RA

    FA

  • Con namiento y ductilidadde los edi cios de hormign armado

    Alex H. BarbatDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrtico del Departamento de Resistencia de Materiales y Estructuras en la Ingeniera. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politcnica de Catalua.

    Juan Carlos VielmaIngeniero Civil. Profesor de la Universidad Centro Occidental Lisandro Alvarado, Venezuela.

    Sergio OllerDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrtico del Departamento de Resistencia de Materiales y Estructuras en la Ingeniera. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politcnica de Catalua.

    5MON O G R A F A

  • IPAC, A. I. E.

    Orense 58, 10 D

    28020 Madrid, Espaa. Tel.: 91 556 76 98, Fax: 91 556 75 89

    Reservados todos los derechos. Queda expresamente prohibida la publicacin total o parcial de esta obra sin la autorizacin escrita del

    Instituto para la Promocin de Armaduras Certi cadas, IPAC

    Diseo y Maquetacin: Advertising Label 3 S.L. (alcubo)

    Imprime: Gr cas Almudena S.L.

    Printed in Spain.

    Depsito Legal: M-XXXXX-2007

    I.S.S.N.: 1576-2734

  • La marca ARCER de productos de acero para armaduras pasivas de hormign tiene el objetivo fundamental de distinguir, potenciar y promover la utilizacin de armaduras con altos niveles de calidad y prestaciones y se utiliza exclusivamente en las armaduras fabricadas en las calidades B 400 SD y B 500 SD. Los productos de la marca ARCER cumplen todos los requisitos que garantizan la conformidad con la Instruccin de Hormign Estructural (EHE) y las correspondientes normas UNE que les son de aplicacin.

    Las actuaciones promovidas por la marca ARCER, cuya gestin se desarrolla en el Instituto para la Promocin de Armaduras Certi cadas, IPAC, tienen como nalidad mejorar el conocimiento de los aceros para armaduras pasivas, desarrollar nuevas aplicaciones y promover innovaciones tecnolgicas que mejoren sus prestaciones. Dentro de estas actuaciones se enmarca la publicacin de estudios, trabajos y monografas de carcter tc-nico, destinadas a facilitar un mejor conocimiento de estos materiales y sus aplicaciones.

    Las monografas editadas hasta la fecha han mantenido un hilo conductor lgico. La primera de ellas describa los conceptos bsicos asociados a la ductilidad de secciones y de materiales; la segunda se centraba sobre un problema cotidiano: cmo representar el armado de una seccin y cmo despiezar las armaduras de forma racional. En la tercera se aborda de forma prctica el clculo de estructuras de hormign con redistribucin de esfuerzos, mientras que en la cuarta se presentan los diagramas caractersticos tensin-deformacin de los aceros ARCER.

    La quinta monografa se centra sobre una cuestin eminentemente prctica, con la que pueden aprovechar-se las caractersticas asociadas a los aceros de alta ductilidad: el con namiento del hormign. Y es que una disposicin adecuada, no slo de la armadura transversal, sino de la propia armadura longitudinal, pueden aumentar considerablemente las prestaciones de nuestras estructuras, algo fundamental cuando van a estar sometidas a esfuerzos cercanos a las situaciones de colapso, como es la situacin que se produce durante los sismos fuertes.

    Dada la importancia de este ltimo aspecto, as como la importancia que est comenzando a tener en nuestro pas los temas relacionados con el sismo, se analizan en esta monografa cules son las tipologas estruc-turales ms adecuadas en estas situaciones, y cul es la contribucin de los aceros de alta ductilidad a su comportamiento.

    Presentacin

    i

    M O N O G R A F A 5

  • Las actuaciones y publicaciones de la marca estn supervisadas y avaladas por la Comisin Asesora ARCER, formada por profesionales de reconocido prestigio en el campo del hormign armado, cuya composicin es la siguiente:

    D. Miguel ngel Astiz SurezDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrtico del Departamento de Mecnica de Medios Continuos y Teora de Estructuras. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politcnica de Madrid.

    D. Alex H. BarbatDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrtico del Departamento de Resistencia de Materiales y Estructuras en la Ingeniera. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politcnica de Catalua.

    D. Jos Manuel Glligo Estvez Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Subdirector General Adjunto de I+D+i. Subdireccin General de Gestin de Ayudas, Subvenciones y Proyectos. Ministerio de Fomento.

    D. Bernardo Pereprez Ventura Dr. Arquitecto. Catedrtico del Departamento de Construcciones Arquitectnicas. Escuela Tcnica Superior de Arquitectura. Universidad Politcnica de Valencia.

    D. Jos Mara Varona RuizDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrtico del Departamento de Ciencia e Ingeniera del Terreno y los Materiales. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad de Cantabria.

    Secretario:

    D. Julio Jos Vaquero GarcaIngeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director Gerente de IPAC.

    Presentacin

    ii

    M O N O G R A F A 5

  • N D I C E Pgina

    Captulo 1: La ductilidad en el diseo sismorresistente de los edi cios 1

    1.1 Antecedentes histricos 1

    1.2 Ductilidad del material 3

    1.3 Ductilidad de secciones y de estructuras 5

    1.4 Aplicacin del concepto de ductilidad al diseo sismorresistente de estructuras 7

    1.5 Tipologas de edi cios de hormign armado 9

    1.6 Ejemplos de comportamiento ssmico real de estructuras dctiles y no dctiles 15

    Captulo 2: Preceptos normativos sobre la ductilidad 21

    2.1 La Instruccin de Hormign Estructural EHE 21

    2.2 La ductilidad en el clculo de las fuerzas ssmicas segn la norma NCSE-02 23

    2.3 Factores de reduccin de respuesta 25

    2.4 Efecto de la tipologa estructural sobre la ductilidad 42

    2.5 Defectos de diseo conceptual 44

    Captulo 3: El con namiento del hormign como mecanismo que asegura la ductilidad 49

    3.1 El con namiento del hormign y su efecto sobre la ductilidad 49

    3.2 Detalles de armado de los elementos de hormign armado 51

    3.3 Mecanismo de formacin de rtulas plsticas 58

    3.4 Ventajas de la ductilidad en estructuras de hormign armado 61

    3.5 Ejemplos de detalles de armado de elementos estructurales 62

    Captulo 4: Comportamiento ssmico de los edi cios existentes en Espaa 67

    4.1 Descripcin de los edi cios estudiados 67

    4.2 Anlisis elstico 72

    4.3 Anlisis no lineal 82

    4.4 Comportamiento ssmico de los edi cios con ductilidad limitada 93

    4.5 Comentarios sobre los resultados del anlisis no lineal 98

    Anexo: Descripcin de los tipos de suelos en las normas EC-8 y NCSE-02 99

    Bibliografa 101

    ndice

    iii

    M O N O G R A F A 5

  • 1M O N O G R A F A 5

    Captulo 1La ductilidad en el diseo

    sismorresistente de los edi cios

    En este captulo se revisan los antecedentes histricos que han desembocado en los conceptos y preceptos normativos que in uyen determinantemente en la prctica actual de proyectar estructuras de hormign arma-do y su permanente adecuacin a los requisitos impuestos por la necesidad de garantizar un comportamiento ssmico satisfactorio de las mismas. Luego se de ne y analiza el concepto de ductilidad, que es esencial en el diseo sismorresistente de edi cios. Asimismo, se describen las tipologas estructurales utilizadas habitual-mente en el proyecto sismorresistente de edi cios y se revisa la idoneidad de su uso en zonas ssmicas en funcin de su comportamiento dctil. Finalmente, se examina el comportamiento de edi cios de diferentes tipologas durante terremotos reales teniendo en cuenta la ductilidad estructural de proyecto y la desarrollada en realidad durante dichos terremotos.

    1.1 ANTECEDENTES HISTRICOS

    1.1.1 Primeras aplicaciones del hormign

    Al igual que muchos de los materiales de construccin modernos, el hormign empez a ser utilizado a partir de la produccin industrializada de uno de sus principales componentes, que se remonta al ao 1824, cuando Joseph Aspdin comenz la fabricacin de cemento Prtland en Wake eld, Gran Bretaa. A partir de ese ao los avances se suceden lentamente, con innumerables patentes de sistemas que incluyen la utilizacin de armaduras de hierro de seccin circular. En el ao 1869, Franoise Cignet publica un libro que contiene las primeras recomendaciones de proyecto para elementos de hormign armado.

    En 1877 Joseph Monier, quien haba utilizado el hormign armado con mallas de hierro en la fabricacin de depsitos de almacenamiento, propone su utilizacin en la elaboracin de elementos estructurales del tipo pilar y viga. La patente registrada por Monier fue adquirida por industriales de distintos pases de Europa, por lo que se le considera el inventor del hormign armado. Durante 1887, en Estados Unidos, Thaddeus Hyatt realiz pruebas sobre vigas de hormign armado, concluyendo que el comportamiento del material se poda considerar prcticamente homogneo. Mattias Koenen (1886) publica el libro Das System Monier el cual se

    Antecedentes histricos

  • 2M O N O G R A F A 5

    convierte en la base del diseo moderno del hormi-gn armado, proponiendo, entre otras, las siguientes hiptesis sobre el material:

    El acero resiste la totalidad de la traccin. Existe una adherenci