Conferencia 2do Congreso Sismica

CONFERENCIA

Normas de Diseño de Estructuras de Concreto  Armado ACI 318-05 Ing. Roberto Morales Morales RECTOR UNI - PERU

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO POR  RESISTENCIA En el Código ACI  – 02, el cambio más importante fue en la determinación de las resistencias. Este cambio se mantiene en el Código ACI  – 05.

RESISTENCIA DE DISEÑO ≥ RESISTENCIA REQUERIDA 

RESISTENCIA NOMINAL ≥ U U = 1.2 D + 1.6 L

………………… ( 1 )

U = 1.2 D + 1.0 L + 1.0 E

………………… ( 2 )

U = 0.9 D + 1.0 E

………………… ( 3 )

Cuando el efecto de sismo está basado en fuerzas sísmicas de nivel de servicio, debe usarse 1.4 E en lugar de 1.0 E en las expresiones (2) y (3).

Factores de Reducción de Capacidad Secciones controladas por Tensión

: = 0.90

Secciones controladas por compresión  Con refuerzo en espiral (zuncho)  Con estribos

: = 0.70 : = 0.65

Cortante y Torsión

: = 0.75

CONTROL DE AGRIETAMIENTO En las versiones últimas del Código ACI-318, el proceso de control de agrietamiento es más simple, elimina condiciones de exposición. La versión ACI – 05, considera los esfuerzos en psi.

(40,000 ) -

12 (40,000)  f  s  f  s Donde: Cc : recubrimiento al área de refuerzo en tracción, en pulgadas. s : separación entre refuerzos, en pulgadas. f s : en psi (lb/in2 )  s = 15

2 .5 c c 

Considerando los esfuerzos en Kg/cm2 : Donde: Cc : en cm. s : en cm. fs : en kg/cm2

 s = 38

 s ( 2,800 )

 f 

- 2.5 c c 

30.45 (2,800)  f  s

Mientras que el ACI 318-02 limita la separación entre fierros:  s =

f s : en ksi

540

 f   s

- 2.5 cc  12

(36 ) f   s

Este cambio refleja los esfuerzos más altos que ocurren en el refuerzo a flexión con el uso de las nuevas combinaciones de carga introducidas en el ACI 318-02. En el ACI 318 – 05 se permite usar para el valor de fs: (2/3) fy, mientras que en el ACI 318 – 02 se permitía usar 60% de fy.  ACI 318-05 : considerando fy = 60,000 psi , cc = 2”  s= 10 in = 25.4 cm. , s 12” 

NOTACIONES Quizás el mayor cambio del ACI 318-05 es una depuración cuidadosa de toda la notación usada en el código. Se desarrolló un sistema unificado de la notación. La sensación casi universal es que el código será más fácil de utilizar con la misma notación para todos los capítulos. Se identificaron tareas específicas: 1. Consolidación de términos similares. 2. Eliminación de los términos innecesarios 3. Proporcionar una definición única de cada término usado en el código 318-02

Se llegó a los cambios siguientes: 1.

Consolidación de la notación; 406 términos fueron incluidos en el apéndice E del ACI 318-02, mientras que en el ACI 31805 se incluyen 305 términos. 2. Las definiciones duplicadas de términos se eliminan en algunos casos, las definiciones para los términos era levemente diferente en diversos capítulos. 3. Todo lo relacionado al esfuerzo en el acero se expresa en unidades psi que han modificado las ecuaciones correspondientes. 4. En el ACI 318-05, la lista de notaciones al principio de cada capítulo se ha suprimido.

CAPITULO 21: REQUISITOS ESPECIALES PARA DISEÑO SISMICO El Capítulo 21 contiene lo que se considera deben ser los requisitos mínimos que se deben emplear en las estructuras de concreto armado para que sean capaces de resistir una serie de oscilaciones en el rango inelástico de respuesta sin que se presente un deterioro crítico de su resistencia. Por lo tanto el objetivo es dar  capacidad

de disipación de energía en el rango inelástico de respuesta.

SECCION 21.11 : DESIGN STORY DRIFT RATIO Un nuevo término, relacion de “desplazamiento de piso” de diseño,

se define como la diferencia relativa de los desplazamientos de diseño, arriba y abajo del elemento, divididos entre la altura de este. SECCIONES 9.4 y 10.9.3: Se han modificado para permitir el uso del refuerzo espiral (zuncho) con fuerza especificada de hasta 100,000 psi. ( 7000 kg/cm2) SECCION 21.2.2: Prohíbe específicamente tal uso en los miembros que resisten fuerzas sísmicas en las estructuras asignadas a la categoría de diseño sísmico. (fy 60000 psi)

CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA 

Común (Ordinary)



Intermedia (Intermediate)



Especial (Special)

CAPACIDAD GLOBAL DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza 

m áx im a f u erza  elást ic a s ol ic itad a 

resistencia  de fluencia 

el ás tic o  m áxim o des plazam iento  elást ic o o bt eni do 

Fe

in elás ti c o  m áxim o des plazam iento  in elást ic o ob ten id o 

Fy uy

ue

um

En los Códigos de diseño sismo resistente se describe por medio del coeficiente de reducción de resistencia R 

Desplazamiento 

 R =

 F e  F  y

=

ue u y

ESTRATEGIA ACTUAL DE DISEÑO SISMICO 

Dada una capacidad de disipación de energía para el material y el sistema estructural, definida por medio de R y dependiente de la manera como se detalle (requisitos de detallado) el material estructural, Se obtiene la fuerza sísmica de diseño por medio de:

Fy 

Fe R 

 Y la fuerza elástica máxima solicitada es a su vez:

 F e

=

masa



S a (T , )

espectro d e aceleracio nes  del Códig o general 

CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGO INELASTICO CAPACIDA D ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza 

Deflexión 

Fuerza 

CAPACIDAD INTERMEDIA DE DISIPACION DE ENERG IA Fuerza 

Deflexión  Deflexi   ón 

CAPACIDAD COMUN DE DISIPAC ION DE ENERGIA Fuerza 

Deflexi   ón 

LIMITACIONES AL EMPLEO DE LA CAPACIDAD DE DISPACION DE ENERGIA CAPACIDAD DE  DISIPA CION DE  ENERGIA

ZONA DE A MENAZA SISMICA B A JA

INTERMEDIA

n o 

A LTA

n o  n o 

REQUISITOS GENERALES 



Resistencia mínima del concreto :

210 kg/cm2

La resistencia empleada en el diseño de concreto con agregados ligeros no debe exceder:

350 kg/cm2



El valor de  f   y  para refuerzo transversal incluyendo zunchos no excederá:

4,200 kg/cm2

 ACERO DE REFUERZO tensión kg/cm2

resistencia última real

falla

y

tensión de fluencia real elongación máxima

E

elongación de fluencia

1

O y

deformación unitaria

max

PORTICOS DUCTILES ESPECIALES DISEÑO DE VIGAS DUCTILES ESPECIALES - REQUISITOS GENERALES :

DISEÑO POR FLEXION

'

Pu 

d b  w  b  w 

n 

'

f c 



h

3

b

C 1

 bw

C 2



3

h

4

 C 1  1 .5h

h

4 n 

VIGA bw x h

Ag  f c 

n 

10

25 cm  . c 

b  w 

1.5h 

21 0  k g / c m 2 

4 h  0.3h 

Elementos a flexión en pórticos especiales Refuerzo longitudinal Las resistencias a momento en cualquier sección deben cumplir: Mn

Mn Mn

Mn

0.25 Mn

0.5Mn

max .cara

REFUERZO TRANSVERSAL -

-

 A s

 A s 4

ó  A s mín

h 

 A s 

 A s

 A s 4

2

 s  C 2

2h

bw

ó  A s mín

d  2

l n

A s mín

14

2h

f y 

' 

b  d ;  0.8 w 

Espaciamiento del refuerzo transversal en la zona de confinamiento : s 

d/4, 8

, 24

l menor 

estribo ,

30 cm

Donde no se requiera estribos de confinamiento

 s 

d 

2

TODOS ESTOS REQUISITOS ASEGURAN UNA CAPACIDAD DE DUCTILIDAD ALTA PARA TODAS LAS SECCIONES CRITICAS DE VIGAS

f c  f y 

b  d  w 

FUERZAS CORTANTES DE DISEÑO PARA  VIGAS Y COLUMNAS W  u = 1.2 D + 1.0 L M pr 1 

M pr 2 

V  e1 

V  e2 

Cortante en Viga

. V e = M  pr1

. + M  pr2 l n

± 

W u l n 2

 P u  M  pr3 V e3 Cortante en Columna

V e4  M  pr4

 P u

V e,3,4= M  pr3 + M  pr4

FUERZAS CORTANTES DE DISEÑO (-)

(-)

 A s A

 A sB

()

()

 A s A

 A sB

l n -

 M  prB Considerando la dirección del sismo:



 M  prA

VB =

Wu .

n 

2

( )

 M  prA 



(-)

M prB

n 

n

-

 M  prA VA =

Wu . n  2

(-)



 M  prA 

( )

M prB

n 



 M  prB

Los Mpr  se encuentran considerando que el esfuerzo en el acero es; y el factor de reducción de capacidad

1

f  s 

f  y 

,

1 .25

S

COLUMNAS DUCTILES ESPECIALES CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO Debe considerarse el efecto de esbeltez

a)

D

h’

4

b) D

h'

n=

≤ Ps f’c b D

1 3

Ps = 1.25 P servicio c)

D ≥ 30 cm

d)

D min ≥ 0.40 D mayor 

n ≤ 0.25

ELEMENTOS A FLEXO-COMPRESION EN PORTICOS ESPECIALES 

La resistencia a flexión de las columnas debe cumplir: Mc

Mc Mg Mg

Mc

Mc Mg Mc

Mg Mc

6

Mg

5

Mg Mc Mc

Mc (a)

(b) 

Mg Mc

Mg Mc (c) 

Mg

h x hx

 35 cm hx

hx

hx

b

refuerzo  transvers al en el  nudo requerido  por 21.5 

0

5 cm

hc   35 - h x    10    3        s x =  15 cm   10 cm   Sx en cm

b/4 zonas de  traslapes en  la zona  confinamiento 

 Dmayor 

l0

  hn 6  45 cm

refuerzo  transvers al en el  nudo requerido  por 21.5 

s

central 

0

6d b l o n g . sx

6d b l o n g.   s   15 cm 5 cm

CONSIDERACIONES DE COLUMNAS DUCTILES CONSIDERACIONES DE DISEÑO Cuantías :

ρ

ρ

min = 0.01 max = 0.06

.

REFUERZO TRANSVERSAL ( COLUMNAS CONFINADAS ) La cuantía volumétrica en espiral ó estribos circulares será:    s ,min

  A g     f  c' = 0.45  - 1   Ach    f   y

'

   s ,min 

0.12 f  c

 f   y

REFUERZO POR CONFINAMIENTO :  A sh

     f  c'     A g        -1 = 0.3  s hc    A   ;   f    y     ch     

 A sh = 0.09 s hc

 f  c'  f   y

Ash = Area total del refuerzo transversal en la dirección de análisis. hc = Dimensión centro a centro de las ramas extremas del refuerzo de confinamiento

Ach = Area confinada dentro de la sección transversal Ag = Area total de la sección transversal de la columna. s = Espaciamiento del refuerzo transversal.

COLUMNAS: DISEÑO POR FUERZA CORTANTE

a) Mecanismo de rótulas plásticas en vigas: ( ACI - 05 ) Las columnas se diseñarán para fuerzas cortantes obtenidas con la hipótesis de la formación de rótulas plásticas en las secciones críticas de vigas y considerando un esfuerzo de 1.25 fy del refuerzo del acero.

b) Mecanismo de rótulas plásticas en columnas:

NUDOS EN PORTICOS ESPECIALES 

CONFINAMIENTO



FUERZA CORTANTE



ANCLAJE



Cálculo del cortante solicitado en el nudo: p l an o d o n d e   se eval úa el 

Ve-col

cortante Vu

Cc

Mpr-c

columna 

Ts

1.25f y As

Cc

Ts

1.25f y As

Ts

Mpr-c Vi g a e n a m b o s l ad o s :  

V u = 1.25 f   y ( A s   A s )viga - (V e )col 

Ts

1.25f y As

1.25f y As viga 

Ve-col Viga en un lado : 

1.25 f   y ( A s )viga - (V e )col  V u    1.25 f   y ( A s )viga - (V e )col 

CORTANTE RESISTENTE 

Nudos confinados en sus cuatro caras    V n =    5.30    f  c  A  j



Nudos confinados en tres caras o en caras opuestas   V n =   4   f  c  A j



Otros nudos   V n =   3.20   f  c  A j



Definición de A j 

h A j

bw bw

h bw

A j : área efec tiv a d el n u d o d efin id a en

la fig u ra, es te 

par ám etro dep end e de la d irec ci ón d el anális is 

x

A j bw

2x

bw

h



Longitud de desarrollo para ganchos embebidos en el núcleo confinado

dh dh

=

 f  y  d b 17.2  f c

sección  c rític a  En kg y cm.

 max( 8 d b ,15 cm)

db

dh

Muros Estructurales

Muros especiales 

Terminología

bw hw w

Vu

ELEMENTOS DE BORDE O DE CONFINAMIENTO EN MUROS ESTRUCTURALES a ) Los muros continuos desde la cimentación hasta el extremo superior  que tienen una sección crítica por flexión y carga axial, la zona de compresión será reforzada con elementos de borde especiales

c

w 

600 (du/hw) Donde : (du/hw) 0.007 c = profundidad del eje neutro du = desplazamiento de diseño

b) Se pondrán elementos de confinamiento especiales, donde el esfuerzo de compresión máxima que ocurre en la fibra extrema es mayor que 0.20 f ’c.

Se puede discontinuar estos elementos si el esfuerzo de

.

compresión es menor de 0.15 f ’c.

Estos esfuerzos se determinaran mediante un análisis lineal elástico, usando las propiedades de la sección

MUROS ESTRUCTURALES •

•

Establecimiento de criterios para conseguir muros en voladizo que posean características de ductilidad y de disipación de energía.

Es posible si la flexión en lugar del cortante domina la respuesta del muro. Vω = ωv

Ve ,donde

Ve = Cortante debido a las cargas laterales del código ωv = Factor de amplificación dinámica por cortante •

•

La profundidad del eje neutro c (en la sección crítica) relativa a la longitud del muro debe ser pequeña. Si esto no es posible, una parte de la zona de compresión por flexión debe ser confinada para tener: de εc = 0.004 a 0.010

MUROS BAJOS •

En muros bajos (altura / longitud 2) también es posible desarrollar ductilidad de flexión, impidiendo movimientos de deslizamiento significativo usando barras diagonales adicionales.

MUROS ESTRUCTURALES DUCTILES •

Deben hacerse detalles típicos de confinamiento en las zonas de compresión calculadas.

Confinamiento del Extremo Comprimido de una Sección de Muro

MUROS ACOPLADOS Y VIGAS DE CONEXION •

Vigas de acoplamiento en muros acoplados