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ESTADO DEL ARTE EN EL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO Ing. Eliud Hernández, M.Sc, M.Eng Director de INESA Consultoría y Formación Técnica Profesor de la Universidad Politécnica de Cataluña Profesor de la Universidad Panamericana de Guadalajara

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES DEFINICIÓN DE LA ACCIÓN SÍSMICA La acción sísmica se representa a través de un espectro respuesta elástico, tomando en cuenta principalmente la máxima aceleración esperada del terreno según el tipo de falla. Para fines del diseño sismorresistente, se establece el “Espectro de Diseño Inelástico”, el cual considera un factor de reducción de respuesta conocido como “R” que depende del sistema estructural y un factor asociado a la importancia de la edificación. Al aplicar el factor R se asume que la estructura superará su rango elástico y disipará energía de forma estable, para lo cual debe ser suficientemente dúctil. La ductilidad precisamente va a depender del sistema estructural que se defina, ya que estará sujeta a la capacidad de deformación, del control que se establezca de los posibles mecanismos frágiles que pudieran presentarse y también de las irregularidades presentes de tipo horizontal o vertical.

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES Es de destacar que los códigos vigentes no atienden con suficiente claridad el verdadero valor del factor “R” que debe ser asignado a una estructura en particular, sino que generaliza los valores correspondientes por el tipo de sistema estructural aplicado, sin cuantificar aspectos como la sobre-resistencia y la redundancia (hiperestaticidad) de la edificación correspondiente. Los valores que se sugieren provienen principalmente de la experiencia y poseen muy poco rigor cuantitativo, pudiendo llevar a sobre-estimar o reducir excesivamente las cargas sísmicas de diseño. El factor “R” depende de 3 parámetros: ductilidad, sobreresistencia y redundancia. De manera general se tiene que la ductilidad incide en más del 70% del valor de R.

ASCE 7-10

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES

Tomando como referencia el trabajo presentado por Newmark & Hall (1982), se tiene que el factor de ductilidad (Rµ) se establece en función al periodo natural de la estructura y de su ductilidad direccional.

a) Para períodos iguales o menores a 0.03 segundos

b) Para períodos entre 0.12 y 0.5 segundos

c) Para períodos iguales o mayores a 1 segundo

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES

La ductilidad direccional µ se obtiene de la relación entre el

El factor de sobre-resistencia (RΩ) se calcula como el cociente entre el

desplazamiento último y el desplazamiento cedente de la estructura,

corte basal máximo entre el corte basal de diseño, obtenidos

obtenido de la curva de capacidad de la misma. Dicha curva se obtiene

igualmente de la curva de capacidad

a través de un análisis estático no lineal (pushover).

El factor de redundancia (Rρ) depende de la cantidad de miembros estructurales que forman parte del sistema resistente a sismos. El ATC-19 (1995) propone valores tentativos para el factor de redundancia de la siguiente forma:

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES

Ejemplo: Considerando la curva de capacidad obtenida en una estructura con pórticos resistentes a momento, cuyo período fundamental es 0.5 segundos y contiene 4 líneas resistentes en cada dirección ortogonal, el factor “R” que se obtiene sería el siguiente:

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES DISEÑO POR CAPACIDAD A inicio de los años 60, se establece en Nueva Zelanda una estrategia de diseño de edificios denominada “Diseño por Capacidad” la cual se extendió posteriormente a EEUU y el resto de países con acción sísmica. Está estrategia ha estado dirigida a prevenir el colapso de edificaciones ante sismos severos a través de controlar las posibles fallas frágiles que pudieran presentarse y propiciar mecanismos dúctiles, en un rango de desplazamientos que superen la condición elástica. Las estructuras deben ser capaces de incursionar en el rango inelástico de forma estable, y disipar energía controlando el daño ocasionado por un evento sísmico.

Un sistema se puede considerar dúctil cuando es capaz de experimentar deformaciones importantes bajo carga constante, sin sufrir daños excesivos o pérdida de resistencia bajo ciclos repetidos de carga y descarga. Por esta razón, la ductilidad es la propiedad singular más importante en el diseño sismorresistente de edificaciones ubicadas en regiones de significativa actividad sísmica, y debido a ello, es necesario estudiar que condiciones y parámetros la afectan.

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES DISEÑO POR DESEMPEÑO

La metodología de diseño aplicada en la mayoría de las normas considera un único nivel de sismo de diseño, que puede ser el mayor esperado en el lapso previsto de vida útil de la estructura, con una única intensidad o nivel de aceleración, sin considerar que la misma adicionalmente debe atender a condiciones de servicio y de prevención de colapso. Debido a esto se propone lo que se denomina “Diseño por Desempeño Sísmico”, donde se plantea la revisión de diferentes estados límite (Servicio, Diseño y Máximo) , tal como se describe a continuación:

Servicio Diseño Máximo Niveles de movimiento sísmico (SEAOC, 1995)

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES DISEÑO POR DESEMPEÑO Para la aplicación del diseño por desempeño sísmico se puede aplicar el método del espectro capacidad-demanda, y/o el método de los coeficientes. Esto se propone en las normas FEMA 440 y ASCE 41-13.

FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE DE EDIFICACIONES

Espectro de Demanda

Espectro de Capacidad

SISTEMAS ESTRUCTURALES EN EDIFICACIONES DE CONCRETO ARMADO

SISTEMAS ESTRUCTURALES EDIFICACIONES CON PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO

Al aplicar un sistema de carga lateral, el pórtico se desplaza obteniendo deformaciones, destacando

El pórtico resistente a momento es aquel en el cual la resistencia a las cargas laterales es suministrada primeramente por la flexión de sus vigas y columnas. La losa utilizada proporciona rigidez en el plano y en función a la misma se puede obtener un diafragma rígido.

que como concepto se esperan cambios de curvatura en vigas y columnas que derivan en momentos de igual sentido .

SISTEMAS ESTRUCTURALES EDIFICACIONES CON MUROS O PANTALLAS

Al aplicar un sistema de carga lateral,

Son edificaciones capaces de resistir la totalidad de las

el muro se desplaza obteniendo

acciones laterales mediante un sistema de muros estructurales

deformaciones,

de concreto armado, proporcionando suficiente rigidez y

única curvatura, similar al de una viga

resistencia al corte, flexión y fuerza axial. Son ideal para

en voladizo pero de forma vertical.

edificaciones de gran dimensiones tanto en planta como en elevación.

destacando

una

SISTEMAS ESTRUCTURALES EDIFICACIONES CON SISTEMA DUAL

En la estructuración, el objetivo es disponer los

Son edificaciones capaces de resistir la totalidad de las acciones laterales

muros en aquellas zonas donde porporcionen

mediante un sistema combinado de muros estructurales y pórticos

más rigidez al conjunto minimizando los

resistentes a momento de concreto armado, permitiendo lograr el balance

problemas de torsión que pudieran presentarse,

adecuado de rigidez y resistencia.

respetando las condiciones arquitectónicas y el funcionamiento de la edificación.

Este sistema es muy utilizado ya que permite desarrollar estructuras de grandes dimensiones en planta. Los pórticos proporcionan ductilidad mientras que los muros un gran rigidez y resistencia al cortante.

SISTEMAS ESTRUCTURALES EDIFICACIONES CON SISTEMA COMBINADO Y VIGAS DE TRANSFERENCIA DE GRAN PERALTE

Son edificaciones de gran altura, cuyo sistema resistente a cargas laterales se basa en la incorporación de muros de grandes dimensiones que se conectan en determinados niveles “sísmicos”, a vigas de transferencia de gran peralte. La estrategia es establecer vigas con una rigidez significativa a los muros, forzando el cambio de curvatura de los mismos, tal como se presenta en los sistemas de pórticos resistentes a momento, pero en este caso entre varios niveles. Es importante destacar que para resistir las cargas gravitacionales se incorporan columnas y en los pisos intermedios se pueden utilizar losas macizas o postensadas, incluso sin vigas. Un ejemplo de este sistema podemos encontrarlo en la estructura de las torres del Parque central construidas en Caracas a principio de los años 70, tal como se aprecia en las figuras que se presentan.

SISTEMAS ESTRUCTURALES EDIFICACIONES CON SISTEMA “TUBO DENTRO DE TUBO”

Estas edificaciones poseen un sistema que consiste en establecer un núcleo central de muros que interactúa con un sistema perimetral de pórticos resistentes a momento. Entre sus ventajas están la excelente capacidad de controlar el volcamiento, aunado a la gran capacidad de los muros para resistir las acciones laterales, siendo aplicable a edificios muy altos y/o esbeltos. Es ideal para edificaciones de gran altura.

Este sistema se puede emplear a través de columnas pero es mucho más eficaz el uso de muros de concreto armado

SISTEMAS ESTRUCTURALES EDIFICACIONES CON SISTEMA DE FACHADA RESISTENTE

Este sistema consiste de un tubo alrededor del perímetro del edificio que, en vez de ser monolítico y sólido, está compuesto en elevación, por una malla de vigas, columnas e incluso diagonales, que se intersectan entre sí. Los elementos arquitectónicos de tipo vertical se vuelven estructurales, creando un sistema que actúa como un tubo perforado, o una caja rígida que se proyecta en voladizo desde el suelo. Bajo la acción de las fuerzas laterales, las miembros compresión,

trabajaran

básicamente

suministrando una

a

tensión

y/o

gran capacidad de

controlar el volcamiento de la estructura.

Es posible mejorar este sistema incorporando líneas internas de vigas y columnas con losas macizas, generando un diafragma de interconexión de gran rigidez. Esto le brinda al sistema mas resistencia y ductilidad.

SISTEMAS ESTRUCTURALES

IRREGULARIDADES HORIZONTALES Y VERTICALES

IRREGULARIDADES Las irregularidades horizontales o verticales condicionan el buen desempeño estructural de una edificación ya que propician torsiones excesivas, problemas de cambios bruscos de rigidez y resistencia, mala distribución de fuerzas entre las líneas resistentes, entre otros. Todo esto reduce la ductilidad que puede desarrollar el sistema y por ende implica limitar el uso de factores de reducción de respuesta. De forma general, muchas normas consideran reducir un 25% los valores máximos de R ante la presencia de irregularidades.

En cualquier proyecto es fundamental proponer sistemas estructurales que reduzcan la influencia de las irregularidades en función a diseñar edificaciones con un alto nivel de seguridad. Esto requiere la exploración de diferentes opciones en conjunto con el diseño arquitectónico.

IRREGULARIDADES IRREGULARIDADES HORIZONTALES

• Irregularidad Torsional: Se presenta típicamente en plantas esbeltas o en formas geométricas irregulares

IRREGULARIDADES IRREGULARIDADES HORIZONTALES

• Irregularidad del Diafragma: Distribución inadecuada de las cargas laterales a sus líneas resistentes como consecuencia de un comportamiento flexible, producto de aberturas que superen el 50% del área en planta. Esto se presenta en configuraciones estructurales con formas en L, H, T, cruciformes.

IRREGULARIDADES Diafragma Rígido

Diafragma Flexible

IRREGULARIDADES IRREGULARIDADES HORIZONTALES

• Desplazamiento de los planos de acción • Sistemas No Paralelos

IRREGULARIDADES IRREGULARIDADES VERTICALES

• Presencia de Piso Blando (Rigidez) • Presencia de Piso Débil (Resistencia)

IRREGULARIDADES

IRREGULARIDAD VERTICAL (PISO BLANDO & PISO DÉBIL)

IRREGULARIDADES

IRREGULARIDAD VERTICAL (PISO BLANDO & PISO DÉBIL)

IRREGULARIDADES IRREGULARIDADES VERTICALES

• Geométrica • Desplazamiento de Columnas • Aumento de masas con la altura

IRREGULARIDADES IRREGULARIDADES VERTICALES

• Efecto de Columna Corta

Una situación muy particular se presenta cuando las paredes de mampostería ubicadas entre columnas de un mismo nivel no cubren toda su altura, por ejemplo para permitir la colocación de ventanas en la parte superior.

Bajo estas condiciones las columnas no pueden deformarse en la zona confinada por la presencia de la tabiquería que se lo impide, y por ende, se genera una falla por cortante en el tramo libre.

IRREGULARIDADES

CLASIFICACIÓN DE LOS PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO

CLASIFICACIÓN DE LOS PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO

• Pórticos Especiales Resistentes a Momento: Se diseñan para que sean capaces de incursionar en el rango inelástico con una ductilidad y disipación de energía elevada, para lo cual se requiere un estricto control de fallas frágiles presentando el detallado sismorresistente más exigente conforme a la Norma. Se utilizan en zonas de alta sismicidad. • Pórticos Intermedios Resistentes a Momento: Se diseñan para que sean capaces de incursionar en el rango inelástico con una ductilidad y disipación de energía moderada, para lo cual se requiere limitar la generación de fallas frágiles, presentando un detallado sismorresistente considerable conforme a la Norma. Se utilizan en zonas de moderada sismicidad. • Pórticos Ordinarios Resistentes a Momento: Se diseñan para que tengan principalmente un comportamiento elástico, con una capacidad limitada de incursionar en el rango inelástico y disipar energía. El detallado se presenta de forma convencional sin mayores exigencias sísmicas. Se utilizan en zonas de baja sismicidad.

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO ACI 318-14

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

a) Demanda de acero de refuerzo por flexión en vigas La resistencia a momento positivo en la cara del nudo no debe ser

SOLAPES

menor que la mitad (1/2) de la resistencia a momento negativo

As (-) >

As1 (-)

proporcionada en esa misma cara. La resistencia a momento negativo

S<

As max (-) 4

o positivo, en cualquier sección a lo largo de la longitud del miembro,

As2 (-)

h

d

debe ser al menos igual a un cuarto (1/4) de la resistencia máxima a momento proporcionada en la cara de cualquiera de los nudos

As1 (-) As1 (+) > 2

As max (-) As (+) > 4

Ln > 4d

Al

incorporar

acero

de

refuerzo en compresión la sección

aumenta

su

ductilidad lo que se refleja en el diagrama momentocurvatura de la misma.

2h As2 (-) As2 (+) > 2

d/4 10 cms.

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

a) Demanda de acero de refuerzo por flexión en vigas El acero de refuerzo a compresión permite que el acero de refuerzo a

Por otra parte, de forma general, es importante controlar la cuantía del

tracción desarrolle una mayor deformación antes de que el concreto

acero de refuerzo a tracción para propiciar una sección sub-reforzada de

alcance su agotamiento, al obtener una menor profundidad del eje

falla a tensión y comportamiento dúctil.

neutro “c” producto del equilibrio de fuerzas de tracción y compresión (T = C). De esta forma, la sección se hace más dúctil sin incrementar de forma considerable su resistencia a flexión.

Condición de agotamiento de la sección

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

b) Demanda de acero de refuerzo por corte en vigas Wu = (1.2 CP + γ CV )

Mpr Izq

sup Asa

Ve -

Mpr Izq + Mpr Der Ve = φ (Vs + Vc )

Asasup Asb inf

Ve

Ln Los Momentos Máximos Probables en Vigas se determinan con los aceros a tracción reales, en la cara de la columna.

Vs = (Ve / φ) − Vc

Si Vp es mayor que Vg y La fuerza axial de compresión mayorada Pu incluyendo los efectos sísmicos es menor que A g f’c/20

Vc = 0

+ Mpr der

Asbinf

Vs = (Ve / φ)

Ve = Vp + Vg Ve =

φ = 0.60 S =

factor de participación de la carga variable.

γ:

Av fy d Vs

+ Mpr-Izq + Mpr Der Ln

+

Wu Ln 2

Av : Area del estribo por el número de ramas d: Altura útil de la sección fy: Tensión cedente del acero

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

b) Demanda de acero de refuerzo por corte en vigas Wu = (1.2 CP + γ CV ) inf Asa

Mpr+Izq Ve +

Mpr Izq Mpr Der Ve = φ (Vs + Vc )

Asa inf Asbsup

Ve

Ln Los Momentos Máximos Probables en Vigas se determinan con los aceros a tracción reales, en la cara de la columna.

Vs = (Ve / φ) − Vc

Si Vp es mayor que Vg y La fuerza axial de compresión mayorada Pu incluyendo los efectos sísmicos es menor que A g f’c/20

Vc = 0

Mpr-der

Asbsup

Vs = (Ve / φ)

Ve = Vp + Vg Ve =

φ = 0.60 S =

factor de participación de la carga variable.

γ:

Av fy d Vs

Mpr+Izq + Mpr Der Ln

+

Wu Ln 2

Av : Area del estribo por el número de ramas d: Altura útil de la sección fy: Tensión cedente del acero

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

b) Demanda de acero de refuerzo por corte en vigas εc = εcu

fc = 0.85 f’c

Debido a que la resistencia de fluencia real del refuerzo longitudinal puede exceder la resistencia

a

C = 0.85 f’c a b

d

fluencia

especificada

debido a que es probable que

c

endurecimiento

E.N

h

de

por

y

ocurra

deformación

del

refuerzo en un nudo sometido a rotaciones grandes, la resistencia a cortante requerida se determina usando una tensión cedente

As b

de al menos 1.25 fy para el refuerzo

εs > εy

Mpr Viga = α Fy As d – (a/2) εcu: 0.003

(Def. última del concreto)

εy: 0.002

(Def. cedente del acero)

longitudinal.

T = α Fy As

a=

α Fy A s 0.85 f’c b

α = 1.25

As : Area de acero real a tracción ubicada en la cara de la columna

1.25 fy . T

C

C

T 1.25 fy .

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

c) Disposición del acero de refuerzo transversal por corte y confinamiento en vigas

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

d) Detalle típico de una viga con su acero de refuerzo longitudinal y transversal

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

e) Resistencia mínima a flexión de columnas Se debe garantizar que se cumpla la condición de

Para las columnas, se utiliza la fuerza axial

columna fuerte-viga débil, a través de la sumatoria

última “Pu”, proveniente de las combinaciones

de los momentos máximos probables que ocurren

de carga que incluyen la acción sísmica, que

P

en las caras del nudo.

Mnc Col Sup

conduzca a la menor resistencia a flexión en las mismas. Para las vigas, se considera que el refuerzo longitudinal alcanza su tensión cedente fy

sup As

Mnb Vig Izq

Cp

Mnb Vig Der

resistencia (φ=1.00)

Pu

Pb

Asinf

Mnc Col Inf

sin aplicar reducción de su

Mnc Col Tp

M

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

f) Equilibrio de fuerzas externas en nudos

Pu col sup C3

Mpr col sup

Vcol sup

T3

Vcol sup V viga Der

V vig Der Mpr vig Der

Mpr vig Izq V vig Izq

C1 = T1

T2 = 1.25 fy As2

T1 = 1.25 fy As1

C2 = T2

V viga Izq V col inf

V col Inf

Mpr col Inf

T4 Pu col inf

C4

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

g) Demanda y resistencia por corte en nudos

Vcol Sup T2 = 1.25 fy As2

C1 = T1

Vj1 = C1 + T2 – V col sup = 1.25 (As1 + As2) fy – V col sup

Vj = Vj2 = C2 + T1 – V col inf = 1.25 (As1 + As2) fy – V col inf

Vj T1 = 1.25 fy As1

Para Nudos Confinados en las 4 caras Para Nudos Confinados en 3 caras o en 2 caras opuestas Para Nudos No Confinados

C2 = T2 V col Inf Aj : Area horizontal efectiva de la sección transversal en un plano paralelo al acero de refuerzo que genera el corte en el nudo.

φ Vc ≥ Vj max

(φ = 0.85)

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

g) Demanda y resistencia por corte en nudos

Planta

b viga 1

b viga 4 hy

b viga 2

hx

5cms.

So

Lo

So

b viga 3

Nodo

So

Lo

Se considera un nodo confinado cuando las vigas cubren al menos el 75% del ancho de la columna

b viga 1 y b viga 2 ≥ 0.75 hy b viga 3 y b viga 4 ≥ 0.75 hx

Cuando existan elementos que llegan en los cuatro lados del nudo y el ancho de cada elemento mida por lo menos tres cuartas partes del ancho de la columna, se permite que el refuerzo transversal dentro del nudo sea al menos igual a la mitad de la cantidad requerida por criterios de confinamiento

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

g) Demanda y resistencia por corte en nudos

En vigas de menor ancho que la columna, el ancho

( bj )

efectivo del nudo es igual al menor valor entre:

•

El ancho menor de la viga mas la profundidad del nudo.

•

El menor ancho de la viga más dos veces la menor distancia perpendicular al eje de la viga, desde el borde de la misma al borde la columna, sin exceder el ancho de la columna.

( hj )

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

h) Detalle típico del refuerzo transversal por corte y confinamiento en nudos

Nota: La dimension de las barras indicadas sirven solo de referencia

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

i) Demanda de acero de refuerzo por corte en columnas

P Los momentos máximos probables Mpr se obtienen

Mpr+Sup Ve

Cp

Pu

considerando el menor valor entre: •

La capacidad a flexión de las columnas provenientes del diagrama de interacción. Se utiliza la 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

momentos

probables

que

Pb

Pu

pueden

Mnc Col

transferir las vigas a las columnas a través de los nudos, tomando en cuenta su incursion inelástica, en función a su acero real longitudinal.

Tp Ve = Vp =

Mpr-Inf + Mpr+Sup Lv

Punto de Inflexión

Lv

M Ve Mpr- Inf

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

j) Demanda de acero de refuerzo por confinamiento en columnas

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

j) Demanda de acero de refuerzo por confinamiento en columnas Ag: Area gruesa de la sección.

Los factores de resistencia del concreto Kf y de efectividad del

Ach: Area confinada. Se determina multiplicando bc por hc

confinamiento Kn, deben calcularse de acuerdo a las siguientes

bc: Dimensión centro a centro de las barras extremas del refuerzo de confinamiento

ecuaciones. El valor de f’c se debe colocar en MPa

perpendicular a la dirección de análisis. hc: Dimensión centro a centro de las barras extremas del refuerzo de confinamiento en dirección de análisis. Ash : Area Total del refuerzo Horizontal en la dirección del análisis. s : Espaciamiento del Refuerzo Transversal. Bx

Bx hc

bc

nl es el número de barras longitudinales, o paquetes de barras, Av

hc

As

By

Vx

bc By

alrededor del perímetro del núcleo de la columna con estribos cerrados de confinamiento que están soportadas lateralmente por una esquina del estribo cerrado de confinamiento o con ganchos

Vy

Av

As

sísmicos.

DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES RESISTENTES A MOMENTO

k) Disposición del refuerzo transversal por corte y confinamiento en columnas

1/4 de B min So

Lo

So <

6 dbL (Barra Longitudinal) Sx = 10 + (35-hx)/3

S S S

Ln

5cms.

So

B max

Lo

Lo > So

Ln/6 45 cms.

Lo

Ln 2 So

Empalme en Zona Central

S <

6 dbL (Barra Longitudinal) 15 cms

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

a) Generalidades Son sistemas capaces de incursionar y disipar energía en el rango inelástico de manera estable, ante un evento sísmico. El nivel de detallado proporciona la resistencia y ductilidad requerida para la condición sismorresistente mas exigente, de conformidad a los lineamientos normativos.

Falla a Flexión

Falla a Corte

Falla por Deslizamiento Y Flexión

Falla por Deslizamiento

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

b) Comportamiento según su esbeltez

Muros a Flexión:

hw / Lw > 2 En estos muros se suele incluir Miembros de Borde en los extremos, a fin de cumplir la relación Demanda /Capacidad a tracción y a compresión.

Concentración de Fuerzas de Tracción y Compresión en los Extremos generadas por la acción sísmica.

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

b) Comportamiento según su esbeltez

Muros a Corte:

hw / Lw ≤ 2

En estos muros debe disponerse de una cuantia de refuerzo horizontal igual a la cuantia refuerzo vertical para controlar la tensión diagonal.

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

c) Comportamiento histerético

Diagrama de histéresis-falla por corte

Diagrama de histéresis-falla por flexión

En un muro con comportamiento a flexión se presenta una respuesta histerética más estable que en un muro con comportamiento a corte

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

d) Refuerzo en muros estructurales especiales Ø

La Cuantía Mínima de Acero de Refuerzo, dispuesta en ambas direcciones del Muro, debe ser mayor o igual a 0.0025.

Ø

El espaciamiento del acero de Refuerzo, dispuesto en ambas direcciones del muro no debe exceder de 45 cm.

Ø

En un muro deben emplearse cuando menos dos capas de refuerzo cuando se cumpla alguna de las siguientes relaciones: 𝑽𝑼 > 𝟎. 𝟏𝟕𝑨𝑪𝑽 𝒇′𝒄

𝒉𝑾 ≥ 𝟐. 𝟎 𝒍𝑾

(Sistema SI)

Ø

El refuerzo que contribuye a la Resistencia por Corte Vn debe ser continuo y distribuido en el plano cortante.

Ø

La longitud de desarrollo del acero de refuerzo en empalmes, deben ser conforme a lo establecido para barras en tracción. Si el empalme se desarrolla donde es probable alcanzar la cedencia del refuerzo longitudinal, la longitud de desarrollo se debe multiplicar por 1.25.

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

e) Miembros de borde de un muro a flexión Los miembros de borde son zonas de un muro en donde se genera un detallado especial de refuerzo, para evitar fallas frágiles ocasionadas por grandes compresiones o tracciones.

Método 1: El miembro de borde es requerido cuando:

𝑙5 𝐶≥ 600(1.5(; ⁄ℎ5 ) Donde:

(; ⁄ℎ5 ≥ 0.005

“C” representa la mayor profundidad del eje neutro calculada para la fuerza axial mayorada y resistencia nominal a momento congruente con el desplazamiento de diseño δu definido por la acción sísmica.

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

e) Miembros de borde de un muro a flexión Método 2: El miembro de borde es requerido cuando: El

esfuerzo

de

compresión

máximo

de

la

fibra

extrema,

correspondiente a las fuerzas mayoradas incluyendo los efectos sísmicos, sobrepase 0.2 f’c.

σ = P / Acv ± M / ω Nota: Los elementos de Borde pueden ser descontinuados cuando los esfuerzos sean inferiores 0.15 f’c.

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

e) Miembros de borde de un muro a flexión En donde se requieran miembros especiales de borde, se deberá cumplir con lo siguiente: El miembro especial de borde se debe extender horizontalmente

El ancho del miembro de borde, incluyendo el ala si existe, debe ser

desde la fibra extrema en compresión hasta una distancia “Lmb”

al menos:

no menor que el mayor valor entre:

𝐿@A = Mayor valor entre:

𝐶 − 0.1𝐿5

𝑏@A ≥

ℎ;G 16

𝐶/2

Donde ℎ;: Representa la longitud no soportada del miembro de borde

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

f) Vigas de acople en muros Al considerarse la respuesta de dos muros ante fuerzas laterales, acoplados por vigas de gran altura, la deformación por flexión en los muros origina un gran desplazamiento relativo entre los extremos de las vigas. Mientras más altas sean las vigas, generarán mayor rigidez en todo el conjunto, si por el contrario, las vigas tienen poca altura estas terminan produciendo un comportamiento del muro como el caso cuando es aislado.

Se generan las rótulas plásticas en las vigas de acople sustituyendo la rótula que se generaría en la parte inferior del muro

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

f) Vigas de acople en muros Ø Vigas con relación de aspecto

𝒍𝒏 𝒉

≥𝟒

Tienen una relación de luz vs altura suficientemente alta para poder tener un comportamiento dominado por flexión, el detalle de refuerzo que lleva es similar al de las vigas en los pórticos especiales a momento. Ø Vigas con relación de aspecto

𝒍𝒏 𝒉