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Porticos Ductiles Especiales

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  • DISEO SISMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO

    Ing. ROBERTO MORALES

  • Definiciones

    Algunas definiciones de especial importancia:Elementos de borde (Boundary elements) Partes de los muros estructurales y los diafragmas, localizadas en los bordes y alrededor de las aberturas, a las cuales se les da resistencia adicional por medio de armaduras longitudinales y transversales.

    Elementos colectores (Collector elements) Elementos, localizados dentro de los diafragmas, que transmiten las fuerzas inerciales al sistema de resistencia ante fuerzas horizontales.

    Estribo suplementario (Crosstie) Barra de refuerzo que tiene un gancho ssmico en un extremo y en el otro extremo un gancho de no menos de 90 con una extensin de 6db. Los ganchos deben abrazar el refuerzo longitudinal. Los ganchos de 90 se deben alternar en la altura.

    Desplazamiento de diseo (Design displacement) Desplazamiento horizontal total esperado para el sismo de diseo, tal como lo prescribe el Cdigo general.

    Estribo de confinamiento (Hoop) Un estribo cerrado o enrollado continuo. Puede estar compuesto por uno o varios elementos, cada uno de los cuales debe tener ganchos ssmicos en sus extremos.

  • Sistema de resistencia ssmica (Lateral-force resisting system) Aquella parte de la estructura compuesta por elementos diseados para resistir las fuerzas provenientes de los efectos ssmicos.

    Prtico de Momento (Moment frame) Prtico espacial en el cual los elementos y nudos (o conexiones) resisten las solicitaciones por medio de flexin, fuerzas cortantes y fuerzas axiales. Existen las siguientes clases de prticos.

    Prtico de momento intermedio (Intermediate moment frame) Un prtico que cumple con los requisitos de 21.2.2.3 y 21.10 adicionalmente a los de prticos comunes.

    Prtico de momento ordinario (Ordinary moment frames) Un prtico que cumple con los requisitos de los Captulos 1 a 18.

    Prtico de momento especial (Special moment frame) Un prtico que cumple con los requisitos de las Secciones 21.2 a 21.5 adicionalmente a los de prticos comunes.

  • Requisitos generales

    Alcance El Captulo 21 contiene lo que se considera deben ser los requisitos mnimos que se deben emplear en las estructuras de concreto armado para que sean capaces de resistir una serie de oscilaciones en el rango inelstico de respuesta sin que se presente un deterioro crtico de su resistencia.Por lo tanto el objetivo es dar capacidad de disipacin de energa en el rango inelstico de respuesta.Capacidad de Disipacin de Energa

    -Comn (Ordinary)-Intermedia (Intermediate)-Especial (Special)

    Muros estructurales (Structural walls) Muros dispuestos para que resistan combinaciones de fuerzas cortantes, momentos y fuerzas axiales inducidas por los movimientos ssmicos. Un muro de corte (shear wall) es un muro estructural. Existen las siguientes clases de muros estructurales:

  • Muro estructural comn de concreto armado (Ordinary reinforced concrete structural wall) Un muro que cumple con los requisitos de los Captulos 1 a 18.

    Muro estructural comn de concreto simple (Ordinary structural plain concrete wall) Un muro que cumple con los requisitos de Captulo 22.

    Muro estructural especial de concreto armado (Special reinforced concrete structural wall) Un muro que cumple con los requisitos de 21.2 y 21.6 adicionalmente a los requisitos de muros estructurales comunes.

    Gancho ssmico (Seismic hook) Gancho en un estribo, estribo de confinamiento o estribo suplementario que tiene un doblez de no menos de 135 y una extensin de 6db, pero no menos de 75 mm, que abraza el refuerzo longitudinal y se proyecta hacia el interior de la seccin.

  • Elementos de borde especiales (Special boundary elements) Elementos de borde requeridos por 21.6.6.2 y 21.6.6.3.FuerzaDeflexinCiclo 2(f)FAGkukukrkrHDCIBEFuerzaDeflexinCiclo 1(b)FAGkukskgkcrkukrkrHDCIBEks

  • Comportamiento Histertico

  • Degradacin de la Resistencia

  • Degradacin de Rigidez y de Resistencia

  • Degradacin de la Rigidez sin falla

  • Respuesta Inelstica

  • Ciclos de Histresis

  • Capacidad Global de Disipacin de Energa

  • En los Cdigos de diseo ssmico resistente se describe por medio del coeficiente de reduccin de resistencia RRespuesta Elstica vs. Inelstica

  • Estrategia Actual de Diseo Ssmico

    Dada una capacidad de disipacin de energa para el material y el sistema estructural, definida por medio de R y dependiente de la manera como se detalle (despiece) el material estructural, se obtiene la fuerza ssmica de diseo por medio de:y la fuerza elstica mxima solicitada es a su vez:

    Fe = masa x Sa (T, x)espectro de aceleraciones del Cdigo general

  • Capacidad de Disipacin de Energa en el Rango Inelstico

  • Limitaciones al empleo de la Capacidad de Disipacin de EnergaEsto es lo que indica directamente el ACI 318-99. Los diferentes Cdigos generales realizan variaciones a estas limitaciones en funcin de otros parmetros tales como la importancia de la edificacin en la recuperacin con posterioridad a un temblor, su localizacin en sitios con suelos blandos que amplifican las ondas ssmicas, y otros.

  • El ACI 318-99 exige (21.2.2) que se tenga en cuenta la interaccin entre elementos estructurales y no estructurales que puedan afectad la respuesta elstica e inelstica de la estructura durante el sismo. Los elementos rgidos que no se consideren parte del sistema de resistencia ssmica se permiten, siempre y cuando se estudie su efecto en la respuesta de la estructura y el diseo se acomode a estos efectos. Los elementos estructurales que se suponga que no hace parte del sistema de resistencia ssmica deben cumplir los requisitos de 21.9.

  • Requisitos Generales

    Resistencia mnima del concreto: 210kg/cm2La resistencia empleada en el diseo de hormign con agregados ligeros no debe exceder: 280 kg/cm2

    El acero de refuerzo debe cumplir la norma ASTM A 706, en su defecto para los aceros Grado 40 y 60 se deber cumplir:

    - La resistencia a la fluencia real medida por medio de ensayos no debe exceder la resistencia a la fluencia nominal en ms de 1260 kg/cm2.

    - La relacin entre la resistencia a la tensin real y la resistencia a la fluencia real no debe ser menor de 1.25.

  • Acero de Refuerzo

  • Prticos Dctiles EspecialesDiseo de Vigas Dctiles Especiales

  • Cuantas de Refuerzo:El refuerzo de momento positivo en la cara el nudo debe cumplir:que es equivalente a considerar:En cualquier seccin a lo largo del elemento:

  • que es equivalente a:- Los empalmes por traslape slo sern permitidos si existen estribos o espirales de refuerzo sobre la longitud de traslape:

  • Elementos a flexin en prticos especialesRefuerzo longitudinalLas resistencias a momento en cualquier seccin deben cumplir:

  • Refuerzo Transversal

  • Espaciamiento del refuerzo transversal en la zona de confinamiento:Donde no se requiera estribos de confinamiento Todos estos requisitos aseguran una capacidad de ductilidad alta para todas las secciones crticas de vigas.

  • Fuerzas Cortantes de DiseoLas fuerzas de diseo se calcularn en base a las cargas por gravedad factorizadas y los momentos resistentes de las secciones en el elemento.

    Considerando la direccin del sismo: Los MDu se encuentran considerando que el esfuerzo en el acero es fs = a fy; (a = 1.25) y el factor de reduccin de capacidad f = 1.

  • Aplicacin:fc = 210 Kg / cm2,fy = 4200 Kg / cm2,Wu = 6.2 t/ma) Diseo de la Viga V-101 (0.40 * 0.60) por cortante

  • usando: estribos f 3/8" de dos ramas: usando: estribos f 3/8" de tres ramas:adems: = 24 f estribo = 22.8 cm = 30 cm

    usar: estribo f 3/8" de dos ramas: 2h 1 @ 0.05, 15 @ 0.075 o estribos f 3/8" de tres ramas: 120 cm 1 @ 0.05, 11 @ 0.11Zona > 2h: Considerando la contribucin del concretoV2h = 36.54 - 6.2 * 1.20 = 29.10 tVn = 34.2 TUsar estribos f 3/8" de dos ramas: 1 @ 0.05, 16 @, 0.075R @ 0.18 Rpta.

  • Columnas Ductiles EspecialesConsideraciones de Anlisis

    Anlisis Direccin XFlexin por cargas de gravedad en direccin XFlexin por cargas laterales ssmicas en direccin X Flexin UNIAXIAL

    Anlisis Direccin YFlexin por cargas de gravedad en direccin XFlexin por cargas laterales ssmicas en direccin YFlexin BIAXIAL

  • Debe considerarse el efecto de esbeltez

  • Losa de Techo Armado en dos sentidos: En las dos direcciones de anlisis ssmico las columnas estn sometidas a flexin biaxial

    Criterios de dimensionamientoD cm 30 a)b)c)d)

  • Elementos a flexo- compresin en prticos especialesLa resistencia a flexin de las columnas debe cumplir: hx < 35 cm

  • DEFINICION DE PARAMETROS DE CONFINAMIENTODiseo a cortante

    Mpr corresponde a la mxima resistencia a momento para el rango de cargas axiales en el elemento (1.25 fy y f = 1). No puede ser mayor del obtenido del anlisis.

    Para el diseo se debe tomar Vc = 0 si Ve es ms del 50% del cortante solicitado, o la fuerza axial es menor de 0.05 fc Ag.

  • CONSIDERACIONES DE COLUMNAS DUCTILESConsideraciones de Diseo

    Cuantapmn = 0.01pmx = 0.06

    Los traslapes slo son permitidos dentro de la mitad central de la columna. Sino satisface lo anterior, se tendr que considerar refuerzo por confinamiento.Usando expresiones empricas se calculan los momentos ltimos para todas las secciones crticas de posible formacin de rtulas plsticas (secciones positivas y negativas en las caras de los apo