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Aplicación en la Ingenieria Estructural de Concretos y Aceros de Alta Resistencia. Reglamentación y Diseño

Estructural Mario E. Rodriguez

Instituto de Ingenieria, UNAM [email protected]

INSTITUTO DE INGENIERÍA

UNAM, MÉXICO

DF, Junio 18-19, 2015 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 1

• EDIFICIOS DE MARCOS

• EDIFICIOS DE MUROS ESTRUCTURALES

• EDIFICIOS CON SISTEMAS DUALES

18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 2

0

20

40

60

80

0 2000 4000 6000

Esfu

erzo

s (M

Pa)

me

Velocidad de deformacion 0.05mm/min Cilindros 4"x8" (102x203mm)

Alta resistencia

Resistencia media

Resistencia normal

Curvas típicas de concretos con diferentes resistencias f’c

(adaptado de Carrasquillo et al., 1981) 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 3

ACI 318-14 LIMITES PARA f’c


CONCRETO REFORZADO EN MARCOS ESPECIALES

RESISTENTES A MOMENTO Y

MUROS ESTRUCTURALES ESPECIALES

“ESPECIALES”

ACI 318-14: en zonas de alta sismicidad sólo

se pueden emplear edificaciones que cumplan

el Capítulo 18 (antes Cap 21), referente a

edificios con marcos especiales y edificios

con muros estructurales

5

En el DF Capitulo 7 de las NTC Concreto 2004

18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015

Q = 4 Q = 2

DISEÑO SISMICO DE ESTRUCTURAS DE CR EN MEXICO


NORMAS TECNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO 2004 (NTCC-2004)

40 MPa < f’c <70 MPa CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA:

EXCEPTO que f’c < 55 MPa en : • Marcos Q=4 (Cap7 NTC) ó • Columnas con carga Pu >0.2PRo

PROPUESTA NTCC 2015: las consideraciones son las mismas 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 7

LA NTCC 204 Y LA PROPUESTA DE NTCC 2015 PERMITE EL EMPLEO DE CONCRETOS HASTA DE 70MPa “A MENOS QUE EL CORRESPONSABLE EN SEGURIDAD ESTRUCTURAL PRESENTE EVIDENCIA QUE LA ESTRUCTURA PUEDE ALCANZAR LOS NIVELES DE RESISTENCIA Y DUCTLIDAD APROPIADOS EN ZONAS SISMICAS”


• ACI ITG-4.3R-07 REPORT ON STRUCTURAL DESIGN AND DETAILING FOR HIGH-STRENGTH CONCRETE IN MODERATE TO HIGH SEISMIC APLLICATIONS (AMERICAN CONCRETE INSTITUTE)

• COMITÉ ACI 363 “HIGH STRENGTH CONCRETE”

Ambos documentos consideran concretos (de peso normal) de alta resistencia cuando f’c> 41MPa


DISEÑO POR FLEXION Y CARGA AXIAL EMPLEANDO EL BLOQUE EQUIVALENTE DE ESFUERZOS

a) Esfuerzos b) Distribucion parabólica y fuerzas c) Bloque de esfuerzos y fuerzas 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 10

Variacion de k2

β1= 2k2

En f’c=55MPa: β1= 2* 0.325 β1= 0.65

k2

0.65<β1= 0.85


α1 β1=k1 k3

k1 k3

En f’c= 55 MPa: α1 β1= 0.85*0.65=0.55


RECOMENDACIONES DEL COMITÉ ITG-4.3R PARA CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA


ACI 318-14


ITG-4.3R: PARAMETRO β1 NO CAMBIA


COMPARATIVA DE PREDICCION Y RESISTENCIA MEDIDA EN COLUMNAS: f’c=72 MPa, r=1.3% 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 16

f’c=97 MPa

Columnas ρ =1.3%

f’c=126 MPa 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 17

DISEÑO SISMICO DE COLUMNAS DE MARCOS DUCTILES

18

( /2)n s yM A f d aΦ


REQUISITOS DE CONFINAMIENTO DE VIGAS Y COLUMNAS CON CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA


PARA VIGAS EN MARCOS DUCTILES EL ACI 318-14 NO TIENE REQUISITOS ESPECIALES PARA CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA • ESTA APOYADO POR OBSERVACION DEL

COMPORTAMIENTO DE VIGAS CON CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA


COLUMNAS EN MARCOS DUCTILES


Requisitos de separación de estribos en

columnas de marcos dúctiles (ACI 318-14)

En la distancia lo emplear el

mayor de valores dado en la

Tabla 18.7.5.4

18/06/2015 22 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015

23

Refuerzo transversal en la longitud lo de acuerdo con el ACI 318-14:


' '

0.

:

0.3 70

2sh uf n

c yt c

g c

h

u c

Tercera ecuacioncol rect

Para P A f

A P

o f M

k ks b f

a

A

P

'

0.6 1 ( )175

cf

fk MPa


0.2sh uf n

c yt ch

A Pk k

s b f A


2

ln

l

nk

n

0.2sh u

f nc yt ch

A Pk k

s b f A


Mal confinamiento Confinamiento mejorado Bien confinado


LA PROPUESTA DE NTCC 2015 NO SIGUE EL ACI 318-14 ES DECIR NO EMPLEA LA TERCERA ECUACION DE CONFINAMIENTO EN COLUMNAS DEL ACI 318-14


RECOMENDACIONES PARA DISEÑO POR CORTANTE EN ELEMENTOS A FLEXION CON CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA


1

tan

s v ss

w w t

V A f jv

b d b s

bw

jd

T

C

cos

sc

t t

vf

sen

Mayor capacidad a compresión del puntal (mayor f’c) permite el efecto favorable de formación de grietas menos inclinadas (menor αt) y aumenta la participación del refuerzo transversal 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 30

De acuerdo con el ITG-4.3R no se requiere recomendaciones especiales por cortante para miembros esbeltos en flexion con concretos de alta resistencia

SIN EMBARGO, ES NECESARIO UN MINIMO DE REFUERZO POR CORTANTE PARA EVITAR FALLA FRAGIL EN LA FORMACION DE LA GRIETA INCLINADA CUANDO HAY POCO REFUERZO TRANSVERSAL EN EL ACI 318-14 (Seccion 9.6.3.3) (desde el ACI 318-05), el refuerzo minimo cuando se requiere refuerzo por cortante (Vu> φVc) es: Se considera adecuado para concretos de alta resistencia

',min 0.062 ( )w

v cyt

b sA f MPa

f


EL CRITERIO ES DIFERENTE Y DEL LADO DE LA INSEGURIDAD EN LAS NTCC 2004 (Y NO HA CAMBIADO EN LAS NTCC 2015)

Se debe pedir para Vu>VcR 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 32

RECOMENDACIONES POR CORTANTE DE ELEMENTOS CON RELACIONES BAJAS DE CLARO DE CORTANTE A PERALTE RESUELTAS CON EL METODO DEL PUNTAL Y TIRANTE EN ELEMENTOS CON CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA


EN EL DISEÑO CON PUNTAL Y TIRANTE EL ESFUERZO DE COMPRESION EFECTIVO PERMTIDO MAXIMO ES (ACI 318-14, Seccion 23.4.3):

'0.85ce s cf f

El ITG-4.3R RECOMIENDA MODIFICAR βs


PARAMETRO βs

ACI 318

'0.85ce s cf f

αs es el ángulo entre el puntal y el tirante (ITG-4.3R)


PROPIEDADES DE LA CURVA ESFUERZO-DEFORMACION DE CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA


' '

' '

4400 ( ) ( 40 )

2700 11000 ( ) (40 70 )

c c c

c c c

NTCC E f MPa f MPa

E f MPa f MPa

'318 14 4700 ( )c cACI E f MPa


ACEROS DE REFUERZO CON GRADOS MAYORES A 420 MPa


ACI 318-14

Seccion 20.2.5


ACI 318-14, TABLA 20.2.2.4a (continuación)


NTCC 2004 PARA ACEROS DE REFUERZO: • NMX-C-407-ONNCCE (ASTM 615) • NMX-B-457 (ASTM 706, baja aleación)

NTCC 2015 PARA ACEROS DE REFUERZO: • NMX-C-407-ONNCCE (ASTM 615) • NMX-B-457 CANACERO, 2013 (ASTM

706, baja aleación) 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 43

NTCC 2015 PARA ACEROS DE REFUERZO: • NMX-C-407-ONNCCE (ASTM 615),

incluye Grado 30 NMX-B-506, 2011, ya no incluye Grado 30 y se produce en Grados 42 y 52


(ArcelorMittal) 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 45

De acuerdo con el ACI 318-14 las varillas que cumplen la norma ASTM A615 deben tener un alargamiento mínimo en 200 mm con valores iguales a los especificados para las varillas ASTM A706. Esto quiere decir que las varillas NMX-B-506 que se producen en México podrían no calificar para su uso en zonas sísmicas si en México se adoptara los requisitos del ACI 318-14


Diametro Alargamiento minimo en % en 200 mm , Grado 42NMX-B-506, 2011 NMX-B-457, 2013

(ASTM 615) (ASTM 706)

3 9 14

4,5,6 9 14

7 y 8 8 12

9 a 18 7 10 y 12

REQUISITOS PARA BARRAS DE REFUERZO PRODUCIDOS EN MEXICO


LAS NTCC 2015 PERMITEN EMPLEAR GRADO 42 ó 52 DE LA NORMA NMX-C-407-ONNCCE EN ESTRUCTURAS DE DUCTILIDAD MEDIA O ALTA SIMEPRE QUE: • El fy medido excede fy especificado en menos de 130 MPa • fy/fsu > 1.25

ESTOS REQUISITOS SON BASTANTE MENOS RIGUROSOS QUE LOS DEL ACI 318-14 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 48

LAS NTCC (AMBAS) ESPECIFICAN QUE EL fy DEL REFUERZO TRANSVERSAL NO DEBE EXCEDER 420 MPa


ENSAYES SISMICOS EN JAPON DE COLUMNAS DE CR CON BARRAS DE REFUERZO Y CONCRETO DE ALTAS RESITENCIAS


Geometria y detalles de especimen

• Concreto f’c= 171 MPa, con fibra de acero con resistencia a la tracción de 2300MPa.

• Acero de refuerzo longitudinal SD980 con fy=1200 MPa

• Acero de refuerzo transversal U7.1 SBPD1275/1420 con fy=1360 MPa


Curvas σ– ε de aceros de refuerzo


CICLOS DE HISTERESIS CARGA LATERAL VS DISTORSION EN ESPECIMEN U702 18/06/2015 Mario Rodriguez, CEMEX Junio 18, 2015 54

Deformaciones en estribo a base de columna vs distorsion

ε = 0.5 εy

ε


GRACIAS


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