LOS “EDIFICIOS DE DUCTILIDAD LIMITADA” Construcferia, PUCP, Lima, Peru 18 de d e Ma M ayo 2007 Prof. Richard E. Klingner, Universidad de Texas en Austin
Resumen
Los Edificios de Ductilidad Limitada
Prof . Richard E . Kl ingner Prof . Universidad de Texas en Austin
[email protected]
Construcferia Pontificia Universidad Cat ó lica del Per ú Lima , PERÚ PERÚ 18 de Mayo 2007
¿ Cu Cuá áles son los “ edificios de ductilidad limitada? ” ¿ Có mo debemos juzgar la bondad de sistemas innovadores , tales como los edificios de ductili dad limi tada ? ductil idad lim itada ¿ Cu Cuá áles son los puntos de inter é inter és especial para los edificios de ductilidad llimitada imitada ? ¿ Có mo se puede hacerle frente a estos puntos mediante investi gaciones enfocadas enfoc adas ?
erguson tructural ngineering aboratory - The University of Texas at Austin
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Debemos juzgar todo sistema estructural por un criterio consistente
Los edificios de ductilidad limitada
muros continuos de concreto armado alta densidad de muros muros delgados ( 10 cm ) , con una sola capa de refuerzo ventajas potenciales incluyen econom ía y rapidez de construcci ó n se cuestiona su seguridad
Por ejemplo -- cada sist ema debe sistema debe tener tener una probabilidad de colapso de m ás o menos el 10 % fr ente al s ismo de “ Dios mí m ío ” ( crit erio EEU EEUU U ) d a
Probabilidad del colapso = 10%
d i l i b a b o r P
Demanda
Capacidad
Demandas y Capacidades 3
Este criterio puede aplicarse mediante 5 pasos
2
4
Definimos el sismo de “ Dios m ío ”
definir el sismo de “ Dios m míío ” identificar las estructuras arquet ípicas ensayar los elementos y ensamblajes esenciales diseñ dise ñ ar las estructuras arquet ípicas usando diferentes valo res de R , y evaluar su v alores suss respuestas propo endo la proponner er un valor de R , incluy inclu yendo sobre - resistencia incertidumbres resistencia y varias incertidumbres
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seleccionamos el periodo de retorno y el espectro el ástico correspondiente . En los EEUU , es de 2,500 añ os compilamos un banco de registros , apropiadamente normalizados
1200 ) 1000 s / s 800 / m 600 c ( 400 a S 200
0 0.2
0.3
0. 4
0.5
0.6
0.7
0.8
Period ( sec sec )
6
1
LOS “EDIFICIOS DE DUCTILIDAD LIMITADA” Construcferia, PUCP, Lima, Peru 18 de Mayo 2007 Prof. Richard E. Klingner, Universidad de Texas en Austin
Identificar las estructuras arquet ípic as . . .
. . . Identifi car las estructu ras arquet ípicas
configuraciones probables en planta y elevaci ó n n ú meros tí típicos de pisos diferentes niveles de detallamiento d ú ctil
configuraciones probables en planta y elevaci ó n n ú meros tí típicos de pisos diferentes niveles de detallamiento d ú ctil
7
lazos hister é hister éticas carga - deformaci ó n para elementos esenciales
Ensayar los elementos y estructu ras esenciales . . .
8
ejemplo de una probeta dominada por flexió flexió n
desarrollar curvas hister éticas carga deformaci ó n para elementos esenciales carga carga axial viga de carga
30
= 1.1% gatos duales
) s p i k ( e c r -3 o F
20
= 4.0
10
-2
-1
0
1
2
3
-10
= 1.4% = 4.8
-20
deriva m áxima
viga de base
deriva m áxima
0
-30 Drift ratio ( % )
9
. . . Ensayar los elementos y estructuras esenciales
10
. . . Ensayar los elementos y estructuras esenciales
desarrollar curvas hister é hister éticas carga deformaci ó n para estructuras
desarrollar curvas hister é hister éticas carga deformaci ó n para estructuras 160
712
120
534
80
356
40
178
0 -40-0.6
11
0 -0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6 -178
-80
-356
-120
-534
-160
deriva m áxima
Average dr ift r atio i n % (sout h posi tive)
-712
12
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Diseñ Diseñ ar las estructuras arquet ípicas usando diferentes v alores de R , y evaluar sus respuestas . . .
. . . Desarrol Desarrolllar ar mod elos anal íticos elemento idealizado
elemento real
desarrollar modelos anal íticos no lineales capaces de reproducir el comportamiento observado en laboratorio diseñ diseñ ar estructuras arquet ípicas usando usando diferentes valo valorres es de R , sujetar llooss modelos anal íticos a los registros de “ Dios m ío ” , y evaluar su probabilidad del colapso
nudo resorte flector no lineal
eslabó eslabó n r ígido
resorte cortante no lineal
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. . . Desarrol lar mod elos anal íticos
flexió flexi ó n : • cargamento y
descargamento descargamento
• degradaci ó n de
resistencia y rigidez • estrangulamiento
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. . . Desarrol Desarrolllar ar mod elos anal íticos
M
corte :
V
• carga y descarga
My
• degradaci ó n de
Mcr
resistencia y rigidez • estrangulamiento
Vn VC
My
Vy
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. . . Diseñ Diseñ ar estructuras con diferentes valores de tanteo de R
16
. . . Ver las respu estas anal íticas
cubrir todo el paí país
Entre mayor sea R , mayor ser á la demanda de deformaci ó n inel ástica
demanda de ductilidad alcanza a capacidad de ductilidad y t i l i t c u d t n e m e c a l p s i D
carb-1
8 7 6 5 4 3 2 1 0
carb-2 carb-3 carb-4 carb-5 carb-6 carb-7 carb-8 carb-9
1
2
3 R
17
4
carb-10
d
18
3
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Proponer un valor de R , incluyendo la sobre - resistencia y varios incerti dumbr es . . .
. . . Fijar un valor inic ial de R
El valor de R que resulta un banco de estructuras con el 10% de probabilidad de colapso frente al sismo de “ Dios mí mío ” es el valor inicial adecuado
% Colapsados
0.1 Usar R = 33
0.01
0.001 R 1
2
3
4
19
R inicial = 3
f y real > f y especificado ecuaciones conservadores
1.5
R modificado = 4.5
¿ registros ? ¿ ensayos ?
¿ modelaci ó n ? ¿ construcci ó n ?
¿ record hist ó rico ?
endurecimiento endurecimiento por trabajo trabajo factores
sobre - resistencia
20
. . . Bajar R por incertidumbre
. . . Aumentar R por sobre resistencia
la sobre - resistencia proviene de los materiales , de l as ecuaciones de diseñ diseñ o , del endurecimi ento por trabajo , y endurecimiento de los factores las incertidumbres vienen de los registros registros , de los los ensayos ensayos , de la modelaci ó n , de la construcci ó n , y del recor d hist ó rico
incertidumbre
0.5
R modificado = 4.5
R final = 2.0 21
. .. . .lalapoc poca capacidad probable a capacid ad pro bable de deformaci ó n inel ástica de las r ó tulas de flexi ó n
Los puntos de inter é inter és especial para los edificios de ductilidad limitada
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la poca capacidad probable de deformaci ó n inel ástica de las r ó tulas de flexi ó n la poca capacidad probable de deformaci ó n inel ástica de las zonas inel ásticas cortantes la calidad constructiva
r ó tulas de flexió flexió n
Demanda de deformació deformació n inelá inelástica
la demanda desconocida de deformaci ó n inel ástica frente a sismos fuertes
Mecanismo tipo muros acoplados 23
24
4
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. .. . .lalapoc a capacid ad pro bable de poca capacidad probable deformaci ó n inel ástica de las r ó r ó tulas de flexi ó n
deformaci ó n inel ástica = curvatura x largo de r ó tula la curvatura es baja porque el alambre trefilado es fr á fr ágil el largo es peque ñ o porque el alambre tiene poco di ámetro
s
=
y
cu
. . . el alambr e trefi lado es fr á fr ági l el alambre trefilado tiene só só lo el 20 % de la ductilidad de la varilla corrugada
esfuerzo , kg / cm 2 6000
= 0.003
4000 2000
alambre trefilado
0.05
0.1
deformació deformació n unitaria 0.15
0.2
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. . . el refuerzo de poc o di ámetro tiene poca longitud efectiva
. . . la poc a capacid ad pro bable de deformaci ó n inel ástica de las r ó r ó tulas de flexi ó n
longitud efectiva
As f y = π d l ef uadherencia π
el alambre trefilado t ípico tiene s ó lo el 30 % de la longitud efectiva de una varilla varilla de #4
4
26
d 2 f y = π d l ef uadherencia
l ef l ef
⎛ f y ⎞ ⎟⎟ d = ⎜⎜ ⎝ 4 uadherencia ⎠ = k d
deformació deformació n inelá inelástica = curvatura x largo de r ó r ó tula la capacidad de deformació deformació n inelá inelástica probable en flexi ó n de elementos elementos con con malla de alambre trefilado es s ó lo el ( 20 % x 30 % ) , o el 6 % ,, de la de elementos elementos con varillas deformadas
s
=
y
cu
= 0.003
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. . . la poc a capacid ad pro bable de deformaci ó n inel ástica de las zonas inelá inelásticas cortantes
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. . . la poc a capacid ad pro bable de deformaci ó n inel ástica de las zonas inelá inelásticas cortantes
zonas inelá inel ásticas cortantes
Demanda de deformació deformació n inel ástica Mecanismo tipo columna en las jamb as 29
deformaci ó n inel ástica depende de abrimiento de fisuras diagonales capacidad de abrimiento es baja por la fragilidad del acero y el poco di ámetro del alambre
malla
fisuras diagonales 30
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La demanda desconocida de deformaci ó n inel ástica frente a sismos fuertes ¿ efectos de deslizamiento ?
La calidad constructiva
consolidació consolidació n del concreto cangrejeras en el concreto ubicació ubicació n de la cortina ú nica de refuerzo continuidad de refuerzo
demanda de deformació deformació n
8 pisos
4 pisos
¿?
0.1 0.01
tolerancias dimensionales de la construcci ó n frente al espesor de los elementos juntas fr í fr ías entre vaciadas de concreto
densidad de muros , %
0.001
1
2
3
4
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Podemos hacerle frente a estos puntos mediante investigaciones enfocadas
identificar las estructuras arquet ípicas ensayar los elementos y ensamblajes esenciales desarrollar modelos anal íticos adecuados diseñ diseñ ar las estructuras arquet ípicas usando usando diferentes v alores de R , y evaluar sus respuestas propo proponner er un valor de R , incluy endo la sobr e - resistencia y varios incertidumbres 33
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En conclusi ó n
se explica un enfoque racional y consistente para proponer factores de diseñ diseñ o sí sísmico y provisiones de diseñ diseñ o para sistemas innovadores el enfoque consiste en comparar la capacidad ( resistenci a y ddeformaci eformaci ó n ) con la demanda s ísmica asociada a diferentes valores dde e R , frente al sism o de “ Dios m ío ,” ,” limitando la probabilidad de colapso al 10 % debemos aplicar este enfoque a los edificios de ductilidad limitada 34
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