presentación patricio bonelli nov3-10

El terremoto del Maule, Chile, Mw 8.8, 27 February 2010 Modificaciones al ACI318-08 para ser aplicado en Chile al diseo de edificios con muros de hormign armadoPatricio Bonelli y Jos I. Restrepo Profesores de Ingeniera Estructural Universidad Santa Mara , Valparaso,Chile University of California at San Diego.

Medelln, 4 de noviembre de 2010

Temas:

Sismicidad en Chile. El terremoto del 27 de febrero de 2010 en Chile Central

Temas:

La demanda Modificaciones a NCh433Of.96mod2009. 1 Clasificacin de suelos 2 Modelos de anlisis 3 Clculo del desplazamiento lateral, afecta separacin entre edificios. 4 Espectros de diseo.

Temas: La capacidad Disposiciones para muros, modificaciones al ACI 318-08. 1 Alcance 2 Disposiciones Generales 3 Disposiciones Especficas para Muros Estructurales Especiales. 4 Refuerzo Transversal en Muros 4.1 Refuerzo Transversal en el Alma 4.2 Refuerzo Transversal en Empalmes por Traslapo 5 Elementos de borde para muros estructurales especiales de concreto reforzado.

Introduccin El terremoto del 27 de febrero de 2010 ha detectado dos falencias en nuestra ingeniera: 1.- Los muros de hormign armado no son capaces de sostener en sus bases rotaciones mayores que 0.007 a 0.01 con los espesores que se estn usando y la falta de refuerzo transversal. Es urgente cambiar esta prctica de manera de asegurar rotaciones ltimas cercanas a 0.002, que para fines de diseo y considerando las caractersticas de nuestros terremotos parece ser un valor razonable.

Correcciones: 1.1.- Evitar la desintegracin de los bordes. -Ausencia de refuerzo transversal Agregar refuerzo transversal en bordes 1.2- Concentracin del refuerzo vertical en el borde, barras longitudinales de gran dimetro en espesores de muro muy pequeos Limitar el espesor de muros, agrandarlos! Limitar el dimetro del refuerzo longitudinal 1.3-deslizamiento de los empalmes Agregar refuerzo transversal

Introduccin Correcciones: 2.- Evitar la falla al corte. Se ha detectado: -el corte proveniente del anlisis subestima las demandas de corte, se requiere aumentar la resistencia al corte o disminuir la resistencia a la flexin

Introduccin Correcciones: 2.- Aumentar la resistencia al corte. -calcularla demanda de corte mediante las tcnicas del diseo por capacidad - amplificar el corte proveniente del anlisis de manera de aumentar la resistencia al corte sin aumentar la resistencia a la flexin

Introduccin Las plantas de los edificios daados son muy parecidas

Introduccin 2.- Las demandas de desplazamientos del ltimo terremoto supera los valores esperados, de acuerdo a la experiencia del terremoto del 3 de marzo de 1985, nico terremoto fuerte registrado en zona epicentral. Es necesario corregir el valor de desplazamiento calculado para nuestros edificios, especialmente en suelos blandos, tanto en la costa como en la zona central.

Sismologa:Diana ComteDpto. de Geofsica Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas Universidad de Chile

Fuentes de sismos en Chile

Prism

Thrust

Shallow crustal

Outerise

Intraplate, Intermediate depth

fosa

costa

Page 12

Deformaciones activas en Sud Amrica

Scholz 2002

Energa liberada por terremotos durante el siglo XXKhazaradze et al. 2003

Nuestra regin: una zona privilegiada

Ruptura 2010 Chile

Eric Kiser, HarvardPage 19

Rplicas

Page 20 Modificado de Beck et al., 1998Page 20

InSAR

Page 21

Slip Distributions

Shao et al., UCSB

Sladen, Caltech

USGS

Sergio Barrientos U de ChilePage 22

Crustal Deformation

CAP

Tsunami

Page 23

Concepcin S75WSemi sinttico con bajas frecuencias

Introduction

Design Approach0.6 0.5 0.4 0.3

Ground Motion Case Studies

Conclusion

Concepcin S 5WwithL F 7 ow requency

Acce ration [g] le

0.2 0.1 0 0 -0.1 -0.250 -0.3

10

20

30

40

50

60

70

80

90

C once inS 5 w L F q nc pc 7 W ith ow re ue y

-0.4 0 -0.5-50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

T e [s im ]

D place e [cm is m nt ]

-100

-150

-200

-250

-300

Introduction

Design Approach


Conclusion

Espectros de seudo-aceleraciones

Concepcin S 75Ww/o L - Elastic F2.0

P eudo-s s pectral Accele ration [g]

1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 2.0 0.0

= 2%

Concepcin S 75Ww/ L - Elastic F2 4

s udo-s ctral Acce e pe leration [g]

1.8 0 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4

= 2% 6Pe riod [s ]

8

10

Introduction

Design Approach


Conclusion

Espectros de desplazamientos

Concepcin S 75Ww/o L - Elastic FS ctral D placem nt (m pe is e )1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 1.6

= 2%

Concepcin S 75Ww/ L - Elastic F0 2 4

S pectral D place e (m is m nt )

1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2

P eriod [s ]

= 2%

6

8

10

Introduction

Design Approach


Conclusion

Espectros de desplazamientos para ductilidad constanteD DyKo1 1

= yKo r Ko1 1

r Ko

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 0 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 20 40 60 80

Acceleration [g]

r positivo

r negativo

Tim [s] e

Introduction

Design Approach


Conclusion

Displacement Response Spectra ( m = 3, z = 2%)1.75 1.50Elastic r =2.5% r =0

D placem nt (m is e )

1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00

0

Espectros de desplazamientos, =3, =2%.0.5 1 1.5 2

2.5

3

Period (s c) e

Introduction

Design Approach


Conclusion

Displacement Response Spectra ( m = 3, z = 2%)1.75 1.50Elastic r =2.5% r =0 r =-2.5% r =-5%

D placem nt (m is e )

1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00

0

Espectros de desplazamientos, =3, =2%.0.5 1 1.5 2

2.5

3

Period (s c) e

Con endurecimiento.

D sp zam to d T c o C n e la ien e e h o cep n N ci S0 0 .4 0 0 .3 0 0 .2 0 0 .1 0 0 .0 -0 0 .1 -0 0 .2 -0 0 .3 -0 0 .4 t [s ] 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0

Desplazamiento [m]

C r ePs 2M r T [ f ot i o uo 1 T]30 0 20 5 20 0 10 5 10 0 5 0 0 -0 0 5 -0 10 -5 10

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

t[ ] s

Degradacin de resistencia, r=-0.025 y efecto P DeltaDesplazamiento de Techo Concepcin NS r= -2.5%. Desplazamiento [m] 0.50 0.00 0 -0.50 -1.00 -1.50 -2.00 t [s] 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Corte [Tf] Piso 2 MuroT1Concepcin NS r= -2.5%300 250 200 150 100 50 0 -50 0 -100 -150

10

20

30

40

50

60

70

80

90

t [s]

Degradacin de resistencia, r=-0.025Fuerza Axial [Tf] Piso 2 Muro T1 Concepcin NS r=-2.5%0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 t [s ] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Momento Curvatura Muro T1 Piso 2 t:[0;90]s Conce NS r=-2.5%2500.00 2000.00 1500.00 1000.00 500.00 -1.40E03 -1.20E03 -1.00E03 -8.00E04 -6.00E04 -4.00E04 0.00 -2.00E- 0.00E+ -500.00 04 00 -1000.00 2.00E04 4.00E04 6.00E04 . Momento [T*m]

Curvatura [1/m]

Envolvente de Corte en la altura de muro T

edificio de 16 pisos

Deslizamientos de empalmes por traslapo

Desplazamientos lateralesResultados anlisis dinmico no lineal, histresis Takeda, amortiguamiento 2%, con endurecimiento permanente.Registro Desp. De Techo [m]Rotacin 0.390 0.419 0.210 0.195 0.116 0.143 0.320 0.208 0.012 0.013 0.006 0.006 0.003 0.004 0.010 0.006 Concepcin NS Concepcin EW San Pedro de la Paz X San Pedro de la Paz Y Via del Mar 27-02-2010 NS Via del Mar 27-02-2010 EW Mxico 1985 Llolleo 1985

Consecuencias: se modficaron los espectros elsticos de diseo de manera de obtener desplazamientos similares a los ocurridos en terremotos pasados. Hay un alto contenido de bajas frecuencias en suelos blandos

Introduction

Design Approach


Conclusion

Design Approach in Chile Modal Response Spectrum Analysis Design spectra is rich in high frequency content representing knowledge gained from recordings of large-magnitude subduction Pacific earthquakes in South America Except in the design of base-isolated structures, the displacement demand had been somewhat de-emphasized

Design Approach in Chile



Disposiciones para muros. Definicionesh,

Espesor mnimo de muros

3.2 Espesor mnimo de muros

se propone adoptar como espesor mnimo de muros el valor lu /16

Confinamiento de bordesRelacin momento curvatura

Criterio de Diseo por Resistencia ltima

c = 0.003 0.004

c

P

M

hc

Criterio de Diseo para Lograr cierta Rotacin PlsticaPrdida del recubrimiento Accin de arco vertical & horizontal

cu ? c

cEl recubrimiento se pierde donde cu es mayor que 0.004. Para lograr u es necesario refuerzo transversal que confine el hormign en el ncleo para que logre alcanzar cu y que evite el pandeo de las barras longitudinales.

P

Mu

Concepto de Rtula Plstica Equivalente

2.5

2

Lp

e/D

2 Espesor mnimo de murosefecto de la separacin de las armaduras de confinamiento

2 Espesor mnimo de muros

2 Espesor mnimo de muros

Ensayos en la Universidad de California en Berkeley, Agosto 2010, Jack Moehle.

CONCENTRACIN DEL DAO


CONCENTRACIN DEL DAOSeccin transversal : 15 cm por 30 cm, largo 90 cm . Resistencia a la compresin del hormign 40 MPa. Cuanta de refuerzo longitudinal : 3.5%. El refuerzo transversal de confinamiento satisface ACI 318 para elementos de borde de muros especiales.


Bajo carga uniaxial en compresin, La Column a A resisti 300 toneladas


CONCENTRACIN DEL DAOSeccin transversal : 15 cm por 30 cm, largo 90 cm . Resistencia a la compresin del hormign 40 MPa. Cuanta de refuerzo longitudinal : 3.5%. El refuerzo transversal de confinamiento satisface ACI 318 para elementos de borde de muros especiales. La Column B fue estirada a una alargamiento unitario igual a 0.04 antes de comprimirla monotnicamente 0.04 Para un desplazamiento del techo de 0.02 veces la altura de un muro, lmite de un Cdigo en USA, y una longitud de rtula plstica igual a lw / 2, con un curvatura : /lw , la rotacin 0.02 = (/lw)(lw/2), da = 0.04.


Tan pronto como se rompe el recubrimiento, la columna se pandea donde se reduce la seccin transversal. Prcticamente no queda seccin transversal en un muro delgado.

Ensayos en la Universidad de California en La Columna B resisti 60 toneladas Berkeley, Agosto 2010, Jack Moehle.


5.5 Restriccin al pandeo de las barras longitudinales.

5.5 Restriccin al pandeo de las barras longitudinalesPandeo de una barra de refuerzo sometida a cargas cclicas (sh/db = 6)

Jos Restrepo

5.5 Restriccin al pandeo de las barras longitudinalesPandeo de una barra de refuerzo sometida a cargas cclicas (sh/db = 9)

Jos Restrepo

Fractura de bajo ciclaje Pandeo en traccin!

Jos Restrepo

Fractura de bajo ciclaje Pandeo en traccin!

Jos Restrepo

Relacin Momento-CurvaturaCarga axial constante

Mo Mn

Momento, M

Si Cii CiiiEc I t 1

Siii Civ Sii

Cv o Siv

Mcr

Ci

0

0

y

Curvatura de fluencia inicial (la menor entre Si y Cii)

Curvatura,

u

Relacin Momento-CurvaturaLmites de Desempeo en el Refuerzo Longitudinal Sii) Deformacin unitaria del 1% en la barra extrema a traccin

(+)

s

s= 1%

(-)

Consecuencia: grietas residuales pueden alcanzar 0.8 mm de ancho Accin requerida: considere inyectar las grietas, especialmente si el medio ambiente es agresivo

Relacin Momento-CurvaturaLmites de Desempeo en el Refuerzo Longitudinal Siii) Comienzo del pandeo si se ha perdido el recubrimiento

c

(+)

(-)

sh 10 db s c 100sh = espaciamiento de la armadura transversal db = dimetro de la barra longitudinal

s

Consecuencia: ninguna, imperceptible, lo nico que se nota es la prdida del recubrimiento Accin requerida: se necesita restaurar el recubrimento

Relacin Momento-CurvaturaLmites de Desempeo en el Refuerzo Longitudinal Siv) Fractura del refuerzo longitudinal si se ha perdido el recubrimiento

(+)

c

(-)

14

s c =

4 sh 3db su and c 0.004 100 2

s

sh = espaciamiento de la armadura transversal db = dimetro de la barra longitudinal

Consecuencia: prdida rpida de la resistencia a la flexin. Fin de la capacidad de rotacin. Accin requerida: reparaciones costosas, considere incluso la demolicin del elemento

Relacin Momento-CurvaturaLmites de Desempeo en el Refuerzo Longitudinal Siv) Fractura del refuerzo longitudinal luego del pandeo

Microgrieta


La restriccin de no separar las armaduras transversales a ms de seis veces el dimetro de la armadura que restringe tiene como finalidad retardar el pandeo, porque si la barra se pandea, destruye el hormign que la rodea, que es incapaz de tomar tracciones.


Diseo por capacidad para concentrar la respuesta no lineal en una zona crtica.

Norma de Nueva Zelanda. Mecanismos posibles ante grandes desplazamientos para marcos especiales y Muros especiales, Park

Las secciones crticas, es decir, las secciones que fluyen, siempre alcanzan su capacidad resistente, cualquiera sea ella, o por lo menos, es lo que conviene supone al disear.

Disposiciones de otras normas para las armaduras transversales de borde en muros.

Tipos de Muros Estructurales

Muros Estructurales Especiales Diseados por Capacidad

Las zonas crticas de los muros se detallan para alcanzar una rotacin plstica de por lo menos 0.012 radianes

Disposiciones Generales El refuerzo transversal se especifica explcitamente para: 4.1 Resistir corte en el alma del muro 5.1 a 5.4 Confinar el hormign en los bordes de los muros 5.5 Arriostrar las barras longitudinales para prevenir su pandeo prematuro cuando estas se sometan a ciclos de deformaciones fuera del rango elstico 4.2 Mejorar las condiciones de adherencia en empalmes por traslapo de barras longitudinales sometidas a ciclos de deformaciones fuera del rango elstico

Del estudio de varios edificios daados se comprob la fragilidad de las secciones T o L. Tambin se encontraron diseos con altos niveles de carga axial y muros muy delgados. Se propuso modificar el ACI318 en lo relativo al diseo ssmico de muros, 2.1 En el diseo en flexo compresin se debe considerar la configuracin espacial de la seccin (secciones T, L, C, etc.) 2.2 Debe considerarse la contribucin de toda la armadura del ala de la seccin, 3.2 Se limita el espesor del muro a lu /16.

2.1 Disposiciones Generales Se debe considerar la seccin completa en el anlisis de muros con seccin transversal en T, L, C, etc. En el clculo de la resistencia a flexin y carga axial se debe incluir la contribucin de todo el refuerzo como aparece en los planos

Marios Panagiotou, Jos I. Restrepo, UCSD, La Jolla, CA

Se intenta evitar el uso de muros muy comprimidos donde la ductilidad se logra gracias al acortamiento del hormign, agregndose que: 3.1 No se permiten muros de hormign con secciones controladas por compresin, definidas en 10.3.3 de ACI318-05. Esta condicin debe verificarse considerando la carga axial mayorada correspondiente a la combinacin que de la mxima carga axial.

Se intenta evitar el uso de muros muy comprimidos donde la ductilidad se logra gracias al acortamiento del hormign, agregndose que: 3.1 No se permiten muros de hormign armado que en cualquier seccin tengan una deformacin unitaria a traccin en la barra extrema debido a la flexin y a la carga axial igual o menor que 0.004 cuando la deformacin unitaria a compresin del hormign alcance 0.003.

Diseo por Cargas Axiales y de FlexinCompresin c = 0.003 s 0.002

Transicin c = 0.003

0.005 > s > 0.002

Traccin c = 0.003

s 0.005

Disposiciones GeneralesComportamiento Bajo Carga Axial y de Flexin Permitido para el Diseo de Muros

TransicinSe logra alguna ductilidad confinando bien el hormign y previniendo el pandeo prematuro del refuerzo longitudinal

0.004 < s < 0.005

c = 0.003

TraccinRespuesta dctil siempre que se prevenga el pandeo prematuro de las barras longitudinales bajo acciones cclicas alternantes y confinando ligeramente el hormign

s 0.005

c = 0.003

Para una rotacin plstica p = 0.01 radianes Suponiendo una longitud de rtula plstica equivalente lp = lw / 2

p =

plw 2

=

2p lw

, for p =0.01 radians p =

0.02 lw

Curvature at yield is y = 2

y 0.0042 = (Grade 60 reinfo rcement) lw lw Therefore, the curvature capacity u must be no less than:0.0242 lw

u = y + p =

Acortamiento ltimo en el hormign confinado para lograr un desplazamiento en el techo igual a 0.02 hZona controlada por Compresin s 0.002

lw c 3 lw 5 c = 0.003

For p = 0.01 radians c 3 lw 5 0.0242 3 g l w = 0.015 lw 5

u

cu u c =

(large to very large) c 0.015

Acortamiento ltimo en el hormign confinado para lograr un desplazamiento en el techo igual a 0.02 hZona controlada por la Traccin

lw s 0.005

c

For p = 0.01 radians c 3 lw 8 0.0242 3 g l w = 0.0091 (low to moderate) lw 8

3 lw 8 c = 0.003

u

cu u c =

c 0.009

longitud a confinar secciones controladas por traccin

Para evitar el pandeo de las barras de borde, se propone agregar el siguiente artculo, 5.5 En secciones controladas por la traccin, se debe utilizar una cantidad nominal de armadura transversal que como mnimo debe estar constituida por estribos cerrados o amarras, espaciadas a no ms de seis dimetros de la barra que restringen. La distancia horizontal entre barras verticales restringidas, hx, no debe ser mayor que h/2 200 mm.

Ejemplo de refuerzo transversal en columnas y elementos de borde en muros.

Para evitar el pandeo de las barras de borde, se propone agregar refuerzo transversal,

d bt d bt db db bw

bw

9

d bt

d b fy 3 fyt

2.3 Se limita el dimetro mximo de la barra longitudinal 2.4 Se prescribe el mnimo dimetro para el refuerzo transversal

Si no se aplica el diseo por capacidad, se deben confinar todos los bordes de muros que tengan una lnea neutra mayor que la crtica.Si el muro no ha sido diseado para tener una sola seccin crtica para flexin y carga axial mediante el diseo por capacidad segn se establece en el Apndice E, se deben confinar todas las zonas de compresin donde c supere el valor indicado en la ecuacin (21-8).

El artculo 21.9.6.2 dice:

Elementos de borde confinados Secciones en transicin con 0.004 < s

presentación patricio bonelli nov3-10

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