Cypecad - Nivel Avanzado PDF

 

CYPECAD NIVEL AV AVANZADO. ANZADO. CONCRETO ARMADO ACI 318 14 E.030 2018

 

DISEÑO DE PORTICOS P ORTICOS RESISTENTES A MOMENTOS MOMENTOS EN CONCRETO ARMADO ACI 318 14 Ing. Jonathan Hernández

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO.

 

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INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Clasificación

Según el Nivel de Desempeño

Pórticos Resistente a Momento SMF

Pórticos Intermedios a Momento IMF

Pórticos Ordinarios a Momento OMF

Diseño Por Capacidad

 

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INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Según el Nivel de Desempeño Pórtic Pór ticos os Re Resis sisten tente te a Moment Momento o (S (SMF) MF):: Son sistemas diseñados para que sean capaces de incursionar en el rango inelástico con una du duct ctil ilid idad ad y di disi sipa paci ción ón de ener energí gíaa ELEVADA,, lo cual hace que este tipo de sistemas ELEVADA sistemas sea el mas estricto estricto en su detallado detallado para el control control de fallas fallas frágiles, frágiles, este tipo de sistemas es utilizado en zonas de alta al ta sismicidad. Pórtic Pór ticos os In Inter terme medio dioss a Momen Momento to (IMF): (IMF): Son sistemas diseñados para que sean capaces de incursionar en el rango inelástico con una du duct ctil ilid idad ad y di disi sipa paci ción ón de ener energí gíaa MODERADA,, lo cual es solo necesario limitar la generación de fallas frágiles, presenta MODERADA presenta un detallado considerable, este tipo de sistemas es utilizado en zonas de moderada sismicidad. Pórtic Pór ticos os Or Ordin dinari arios os a Momen Momento to (OMF): (OMF): Son sistemas diseñados principalmente para que tengan un comportam comportamiento iento elástico, elástico, con una capacidad limitada para incursionar en el rango inelástico, el detallado se presenta de forma convencional sin mayores exigencias sísmicas, se utilizan en zonas de baja sismicidad.

 

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INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Diseño Por Capacidad Esta estrategia ha estado dirigida a prevenir el colapso de edificaciones antes sismos severos a través de controlar las posibles fallas que pudieran presentarse y propiciar mecanis mec anismos mos dúctiles, dúctiles, las estruct estructura urass deben deben ser ca capac paces es de incurs incursiona ionarr en el ra rango ngo inelástico de forma estable, y disipar energía controlando el daño ocasionado por un evento sísmico. Un sistema se puede considerar dúctil cuando la capacidad de los componentes de un sis sistem temaa estruc estructur tural al hacen hacen incurs incursione ioness alterna alternante ntess (Carg (Cargaa y Descarg Descarga) a) en el dominio dominio inelástico, sin pérdida apreciable en su capacidad resistente. Por esta razón, la ductilidad es la propiedad mas importante en el diseño sismorresistente.

 

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INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Diseño Por Capacidad Es importante destacar que para conseguir incursiones en el rango inelástico estable se beben establecer elementos débiles que tengan un comportamiento dúctil, manteniendo los demás miembros como eslabones fuertes de posible comportamiento frágil en el rango elástico. En el caso de pórticos resistentes a momento de concreto armado los eslabones débiles son las vigas y los eslabones fuertes deben ser las columnas y nudos, por ello, para que una estructura se comporte dúctil los eslabones débiles deben permitir disipación de energía. Otro aspecto fundamental es limitar la cuantía de acero de refuerzo a tracción en una condici con dición ón sub-ref sub-reforz orzada ada,, agrega agregarr acero acero de refuerz refuerzo o a co compr mpresió esión n y estable establecer cer un adecuado confinamiento a través del acero transversal que controle el pandeo de las barras longitudinales. Las vigas deben desarrollar rotulas plásticas por flexión con suficiente ductilidad y para ello se hace necesario controlar la demanda por corte, calculada a partir de los momentos

Rotulas plásticas en columnas

Rotulas plásticas en Vigas

máximos probables que ocurren en sus extremos.  

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Acero de Refuerzo por Flexión en Vigas

Párrafo Extraído de la Norma (Refuerz Refuerzo o longitudinal): ACI.18.6.3.2 “ La resistencia a mom moment ento o positi positivo vo en  en la cara del nudo no debe ser menor que la mitad de la resistencia a mome mo ment nto o nega negati tivo vo pr prop opor orcio cionad nadaa en es esaa mism mismaa ca cara ra.. La re resi sist sten enci ciaa a mome moment nto o nega negati tivo vo o posi positi tivo vo,, en cual cualqui quier er sección a lo alargo de la de longitud del miembro, ser al menos igual un cuarto la resistencia máxima debe a momento proporcionada en la cara de cualquiera de los nudos”.

EL objetivo de incorporar acero de refuerzo en compresión a la secc se cció ión n es aume aument ntar ar su ducti ductilid lidad ad co como mo se re refle fleja ja en el diagrama momento-curvatura de la misma.

Mn (-)   Mn (-)

Mn ≥ ¼ Mn

Max Cara

Mn (+) ≥ ½ Mn ( -)

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Acero de Refuerzo por Flexión en Vigas El acero de refuerzo a compresión permite que el acero de refuerzo a tracción desarrolle una mayor deformación antes de que el concreto alcance su agotamiento, al obtener una menor profundidad del eje neutro “c” producto del equilibrio de fuerzas de tracción y compresión (T=C). De esta forma, la sección se hace más dúctil sin incrementar considerable su resistencia a flexión.

Por otra Por otra parte, parte, de forma forma general, general, es import important antee contro controlar lar la cuantía del acero de refuerzo a tracción para propiciar una sección sub-reforzada de falla a tensión y comportamiento dúctil.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Disposición de Empalmes para el acero Longitudinal en Vigas.

ACI.18.6.3.3   “Sól Sólo o se permit permiten en empalm empalmes es por tr trasl aslapo apo de ref refuer uerzo zo longitudinal corrugado cuando se proporcionan estribos cerrados de confinamiento o espirales en la longitud de empalme por traslapo. El es espa paci ciam amien iento to de dell re refu fuer erzo zo tr tran ansv sver ersa sall que que conf confina ina las barr barras as traslapadas no debe exceder al menor entre d/ 4  y 100 mm. No deben usarse empalmes por traslapo en ubicaciones identificadas de (a) hasta (c): (a) Dent ntro ro de lo loss nu nudo dos. s. (a) De (b)) En una di (b dist stan anccia de do doss ve vece cess la al altu turra de la vi vigga medi did da de desd sde e la cara ca ra de dell nu nudo do (dce)sD stdaencia ocbulerridre fllaueanlt ltu iga idoa deentsreoccdioenuen s a ddoin pueddeal do cuiara pdoer laflevxig ióanme codm result ltaado de los desplazamientos laterale less que excedan el rango

elástico elást ico de comportamient comportamiento o .  

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Acero de Refuerzo por Corte en Vigas Mpr Left

+ Mpr Right

1,2 CP + ϒ CV

AsL  

Ve

Ln

+ Mpr Left

1,2 CP + ϒ CV

 

Ve Mpr Right

AsR

AsL Ve

AsR

Ln 

Ve

refu fuer erzo zo tr tran ansv sver ersa sall en lo loss lu luga gare ress id iden enti tifi fica cado doss en 18 18.6 .6.4 .4.1 .1 de debe be El re dise di seña ñars rse e pa para ra re resi sist stir ir co cort rtan ante te su supo poni nien endo do Vc = 0 donde ocurran simultáne simul táneamen amente te (1) y (2):

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Acero de Refuerzo por Corte en Vigas Ɛc= Ɛcu

 

Fc=0.85 f´c

a C= 0.85 f´c a b

h As

EN

Párrafo Extraído Extraído de la Norma (Resistencia a cortante): Ɛs > Ɛy

b

d   c

T=α Fy As

ACI.R18.6.5 “ Debido a que la resistencia de fluencia real del refuerzo longitudinal puede exceder la resistencia fluencia especificada (Sobre-resistencia) y debido a que es probable que ocurrade endurecimiento por deformación del refuerzo en un nudo nud o som someti etido do a rotaci rotacione oness grand grandes, es, la resist resistenc encia ia a corta cortant ntee requer requerida ida se determina usando un esfuerzo de al menos 1.25 f y  para  para el refuerzo longitudinal”.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Disposición del acero de refuerzo transversal por corte y confinamiento en vigas.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Resistencia mínima a flexión de columnas (Criterio Columna Fuerte / Viga Débil.

ACI.18.7.3.2 “ Las resistencias a flexión de las columnas deben cumplir y garantizar que se cumpla la condición de columna fuerte-viga débil, a través de la sumatoria de los momentos máximos probables que ocurren en las caras del nudo”. La resistencia a la flexión de la columna debe calcularse para la fu fuer erza za axia axiall mayo mayorrada, ada, cong congru ruen ente te con con la di dire recc cció ión n de las las fu fuer erza zass late laterrales ales cons consid ider erad adas as,, qu que e co cond nduz uzca ca a la resi resist sten enci ciaa a la flex flexió ión n más baja. baja. La su sum ma de los momento entoss res esiistent entes nomi ominales ales a flex lexión de las las viga vigass que que ll lleg egan an al nudo nudo,, eval evalua uado doss en la cara cara del del nudo nudo.. De no Cumplirse la Condición de Columna Fuerte Viga Débil se p odrí sen Entr epis ébi nde olu nsas alla pod rimría earoprqeuse e nltaar s vun igasEn ytrep esiso too pDoéb driíla dcoond ndeuclias r acl ol cuom lap o fdal elan ln a estructura.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. ACI.18.8 — Revisión de Nudos en pórticos pórt icos especiales resistentes resistentes a momento

Vj 1= C1 + T2 - V col sup = 1.25 (As1 + As2) fy

Vj 2= C2 + T1 T1 - V col inf inf = 1.25 (As1 + As2) As2) fy

 –

 –

V col sup

V col inf 

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. Demanda y Resistencia por Corte en Nudos CONDICIÓN DE CONFINAMIENTO EN NODOS.

ACI 18.8.4.2, 18.8.4.2, se considera que la cara de un nudo está confinada por una viga cuando el ancho de la viga es al menos tres cuartos del ancho efectivo del nudo.

E. 0.60 0.60 - 21. 21.7.4 7.4 Resistencia al cor tante de los n udos

P ácho g. o17 7fier .ere Eel aanam cho dsela ldos a vsigde a m s lum lampna, ro,fuse ndiut dailiz d deál el nupr doomed . Sedio i io el an anch di difi ambo bos lado laácolu co na util izar ará prom de ell ellos. os.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO.  ACI. R18.8.4 Demanda y Resistencia Resistencia por Corte en Nudos

Área ea ho hori rizo zont ntal al ef efec ecti tiva va de la se secc cció ión n tr tran ansv sver ersa sall en un pl plan ano o pa para rale lelo lo al ac acer ero o de re refu fuer erzo zo qu que e ge gene nera ra el co cort rte e en el nu nudo do.. Aj : Ár

Aj : Ár Área ea ho hori rizo zont ntal al ef efec ecti tiva va de la se secc cció ión n tr tran ansv sver ersa sall en un pl plan ano o pa para rale lelo lo al ac acer ero o de re refu fuer erzo zo qu que e ge gene nera ra el co cort rte e en el nu nudo do..  

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. DEMANDA DE ACERO DE REFUERZO POR CORTE EN COLUMNAS

Los momentos máximos probables Mpr se obtienen ob tienen considerando el menor valor entre: •

•

  La capacidad a flexión flexión de las columnas provenientes del diagrama de interacción. interacción. Se utilízala fuerza axial última “Pu”,   proveniente de las combinaciones de carga que incluyen la acción sísmica, que conduzca a la mayor resistencia a flexión en la misma.

  Los máximos máximos momentos momentos probables probables que pueden transferi transferirr las vigas a las columnas columnas a través de los nudos, tomando en cuenta su incursión inelástica, en función a su acero real longitudinal.

 

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DISEÑO DE PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO. DISPOSICIÓN DEL REFUERZO TRANSVERSAL POR CORTE Y CONFINAMIENTO EN COLUMNAS

So

1/4 de B min

Lo

So <

Sx = 10 + (35-hx)/3

S S S

Ln

6 db L (Barra Longitudinal)

B max So 5cms.

Lo

Lo >

Ln/6 45 cms.

So

Lo

Ln 2 So

Empalme en Zona Central

< S

6 dbL (Barra Longitudinal) 15 cms

 

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Normativa Perú: NT E.030

 

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 Art.2.1) ZONIFICACIÓ NSÍSMICA (Art.2.1)

Donde: =F =Fac actor tor de zo zona. na.

Con n pr prob obab abil ilid idad ad de ex exce cede denc ncia ia de dell 10 10% % en 50 añ años os.. Co

Mapa de zonificación sísmica de Perú.

 

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 CONDICIONES GEOTÉCNICAS (Art.2.3 (Art.2.3)

Tabla de factor factor de ampli amplificació ficación n del Suelo .

Clasificación de los perfiles de suelo.

Tabla de valores de períodos característicos.

 

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 CATEGORÍAS CATEGORÍAS DE LAS EDIFICACIONES Y FACTOR FACTOR DE USO (Art.3.1 ( Art.3.1)) ✓

Categoría Categ oría A: Edificaciones Esenciales.

✓

Categoría B: Edificaciones Importantes.

✓

Categoría C: Edificaciones Comunes.

✓

Categoría D: Edificaciones Temporales.

Comentarios: • •

•

Pa Para ra edific edificios ios con aislam aislamien iento to sís sísmi mico co en la base base se podrá podrá consid consider erar ar U = 1. Las Las nuev nuevas as edif edific icac acio ione ness de ca cate tego gorí ríaa A1 tend tendrrán aisl aislam amie ient nto o sí sísm smic ico o en la base base cu cuan ando do se encu encuen entr tren en en la lass zo zona nass sí sísm smic icas as 4 y 3. En la lass zo zona nass sí sísm smic icas as 1 y 2, la enti entida dad d re resp spon onsa sabl ble e podr podráá deci decidi dirr si us usaa o no ai aisl slam amie ient nto o sí sísm smic ico. o. Si no se util utiliz izaa ai aisl slam amie ient nto o sí sísm smic ico o en la lass zonas sísm sísmic icas as 1 y 2, el val alo or de U ser seráá como como mín mínim imo o 1,5. 1,5. En estas estas edi edific ficaci acione oness deber deberáá pr prove oveer erse se resist resistenc encia ia y rig rigid idez ez adecua adecuadas das para para accion acciones es later laterale ales, s, a cri criter terio io del del proy proyect ectis ista. ta.

 

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 COEFICIENTE BÁSICO DE REDUCCIÓN DE FUERZAS SÍSMICAS (Art.3.4 (Art.3.4))

Tabla de Coeficientes de 0 según sistema estructural.

 

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 REGULARIDAD ESTRUCTURAL Y COEFICIENTE DE REDUCCIÓN DE FUERZAS SÍSMICAS (Art.3.5 (Art.3.5)) En Estr Estructu ucturas ras Regular Regulares es son  son las que en su configuración resistente a cargas laterales, no presentan las irregularidades indicadas en las Tablas N° 8 y Nº 9. En estos casos, el factor Ia o Ip será igual a 1,0.

Restricciones en la regularidad.  

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 ACELERACIÓN ESPECTRAL (Art.4.6.2 (Art.4.6.2)) Para cada una de las direcciones horizontales analizadas se utilizará un espectro inelástico de pseudo aceleraciones definido por:

C=

 

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 FUERZA CORTANTE MÍNIMA (Art.4.6.4 ( Art.4.6.4)) Para cada una de las direcciones horizontales h orizontales analizadas analizadas se deberá verificar que la fuerza cortante en el primer entrepiso 1  en la dirección  obtenida del análisis, no sea menor a:

1  ≥ 0.80 para estructuras regulares.

 

1  ≥ 0.90 para estructuras irregulares.

Siendo  el coeficiente de Ampliación Sísmica para un Periodo Fundamental de  igual a: Siendo    la altura total de la edificación en metros y con va valor lores es de  igu iguale aless a:

 

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NORMATIVA PERÚ: NT E.030 t. 4. 4.3 3) FUERZA CORTANTE MÍNIMA (Ar ( Art. El peso (P), se calculará adicionando a la carga permanente y total de la edificación un porcentaje porcentaje de la carga viva o sobrecarga sobrecarga que se determinará de la siguiente manera:

Siendo  el peso de la estructura:

100% CP

+

50% CV

(Para Categorías A y B)

25% CV

(Para Categorías C)

80% CV

(Para Depósitos)

25% CV

(Para Azotes y Techos) echo s)