MAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL CON MENCIÓN EN ESTRUCTURAS
COMPORTAMIENTO COMPORTAMIENTO Y DISEÑO DISEÑO DE ESTRUCTURAS ESPECIALES DE CONCRETO ARMADO
DUCTILIDAD Capacidad de deformación más allá del límite elástico
µD = Um / Uy Um= desplazamiento máximo Uy= desplazamiento límite elástico
Diagramas Momento-Curvatura
µφ = Φu / Φy Φu= curvatura correspondiente a la falla de la sección Φy= curvatura correspondiente a la primera fluencia del
acero de refuerzo en tracción
Construcción de los Diagramas Momento-Curvatura
Diagramas Momento-Curvatura aproximados
Mcr , φcr = El momento y la curvatura de agrietamiento de la sección. My , φy = El momento y la curvatura asociados al inicio de la fluencia en el acero de tracción. Mu , φu = El momento y la curvatura asociados a la falla de la sección.
Análisis Pushover
Demandas de Resistencia y Ductilidad
Capacidad Estructural: Enfoque Clásico
a c i m s í S a z r e u F
Demanda real Fuerza resistida por ductilidad de estructura
Capacidad real Diseño
Periodo
Capacidad Estructural: Enfoque “Actual”
a c i m s í S a z r e u F
Fuerza resistida por rigidez de estructura
Demanda real
Fuerza resistida por ductilidad de estructura
Capacidad real Diseño
Periodo
Requisitos Generales para el Diseño de Estructuras Dúctiles (21.3 NTE-E.060): 21.3.1 Análisis y diseño de elementos estructurales 21.3.2 Concreto en elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo 21.3.3 Refuerzo de acero para elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo 21.3.4 Empalmes mecánicos 21.3.5 Empalmes soldados
21.3.1 Análisis y diseño de elementos estructurales 21.3.1.1 Debe tenerse en cuenta en el análisis la interacción de todos los elementos estructurales y no estructurales que afecten la respuesta lineal y no lineal de la estructura frente a los movimientos sísmicos.
Wo = D / 4
21.3.1 Análisis y diseño de elementos estructurales
• Terremoto: Izmit, Turquía, Ago. 17, 1999 • Magnitud: 7.4
21.3.1 Análisis y diseño de elementos estructurales
• Terremoto: Izmit, Turquía, Ago. 17, 1999 • Magnitud: 7.4
21.3.2 Concreto en elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo
21 MPa ≤ f’ c ≤ 55 MPa
210kg/cm2 ≤ f’ c ≤ 550kg/cm2
21.3.2 Concreto en elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo Concreto Liviano:
f’ c ≤ 35 MPa
f’ c ≤ 350kg/cm2
21.3.3 Refuerzo de acero para elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo El refuerzo de acero longitudinal y transversal en todos los elementos con responsabilidad sísmica será corrugado y deberá cumplir con las disposiciones de ASTM A 706M. Se permite el empleo de acero de refuerzo ASTM A 615M, grados 280 y 420, en estos elementos siempre y cuando: fyreal ≤ fyesp + 125 MPa fu / fyreal ≥ 1,25
21.3.3 Refuerzo de acero para elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo
21.3.3 Refuerzo de acero para elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo
Curvas típicas para aceros nacionales de 5/8” Grado 60
fu / fyreal ≥ 1,25
21.3.3 Refuerzo de acero para elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo
Elongaciones mínimas de rotura
21.3.4 Empalmes mecánicos Los empalmes mecánicos deben clasificarse como Tipo 1 o Tipo 2, de acuerdo con lo siguiente: (a) Los empalmes mecánicos Tipo 1 deben desarrollar en tracción o compresión, según sea requerido, al menos 1,25 f y de la barra. No deben usarse dentro de una distancia ≤ 2h medida desde la cara de la viga o columna, o donde sea probable que se produzca fluencia del refuerzo. (b) Los empalmes mecánicos Tipo 2 deben desarrollar en tracción o compresión, según sea requerido, al menos 1,25 f y de la barra y deben desarrollar la resistencia a tracción especificada ( f u ) de las barras empalmadas. Se pueden usar en cualquier ubicación.
21.3.4 Empalmes mecánicos
21.3.4 Empalmes mecánicos
21.3.4 Empalmes mecánicos
Longitudes de anclaje en tracción (12 NTE-E.060)
Longitudes de anclaje en tracción (12 NTE-E.060) f ’ c = 210kg/cm2 f y = 4200kg/cm2
Ψt =
1, Ψe= 1, l = 1
Anclaje Mecánico (12.6 NTE-E.060)
21.3.5 Empalmes soldados Los empalmes soldados del refuerzo que resiste fuerzas inducidas por sismos deben desarrollar, por lo menos, 1,25 fy de la barra y no deben usarse dentro de una distancia ≤ 2h medida desde la cara de la viga o columna, o donde sea probable que se produzca fluencia del refuerzo. No se puede soldar estribos, insertos u otros elementos al refuerzo longitudinal requerido por el diseño.
Fuente: Aceros Arequipa
Sistema resistente a fuerzas laterales
Edificio Los Laureles (3 Sótanos - 7 Pisos - Azotea)
Edificio El Rosario (2 Sótanos - 7 Pisos)
Edificio Buena Vista (Semisótano - 16 Pisos)
C.C. Cyberplaza (Sótano - Semisótano - 4 Pisos)
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Fuerza cortante de diseño en vigas
Se basa en las resistencias probables en flexión: Mpr =1.25Mn
Sistema Resistente de Muros Estructurales o Dual Tipo I: Fuerza cortante de diseño en vigas
Los momentos nominales se pueden limitar a: Mn ≤ 2.5Msismo
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Requisitos para vigas rmin = 0.7f’ /f c y M-n,i
rmax = 0.025
M-n,d
Mín. 2 barras continuas
M+n,i M-n,i /2
M+n,d M-n,d /2
M-n or M+n (máx. Mn en cualquier nudo)/4
Sistema Resistente de Muros Estructurales o Dual Tipo I: Requisitos para vigas rmin = 0.7f’ /f c y M-n,i
M+n,i M-n,i /3
M n,d Mín. 2 barras continuas
M+n,d M-n,d /3
M-n or M+n (máx. Mn en cualquier nudo)/4
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Requisitos para vigas
P u ≤ 0,1 f’ f ’ c A g l n ≥ 4h bw ≥ 0.25h bw ≥ 250mm bw ≤ ancho del elemento de apoyo + una distancia
a cada lado del elemento de apoyo igual a ¾ partes del peralte del elemento en flexión
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Requisitos para vigas
s
50mm
d/4 8db(longitudinal) 24db(estribo) 300mm Estribos de diámetro mínimo 3/8”
h
≥ 2h
s d/2 s
d/4 150mm
Sistema Resistente de Muros Estructurales o Dual Tipo I: Requisitos para vigas
s
100mm 100mm
d/4 10db(longitudinal) 24db(estribo) 300mm Estribos de diámetro mínimo 8mm (según dbl)
h
≥ 2h
s d/2
• Terremoto: Ciudad de México, México, Set. 19, 1985 • Magnitud: 8.10
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Fuerza cortante de diseño en columnas
Se basa en las resistencias probables en flexión: Mpr =1.25Mn
Sistema Resistente de Muros Estructurales o Dual Tipo I: Fuerza cortante de diseño en columnas
Los momentos nominales se pueden limitar a: Mn ≤ 2.5Msismo
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Requisitos para columnas
P u ≥ 0,1 f’ c A g B ≥ 250mm B / L ≥ 0,25
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Requisitos para columnas Mncs
Mncs
Mnvi
Mnvd
Mnvd
Mnvi
Mnci
Mnci
Mnci + Mncs
1,2 (Mnvi + Mnvd)
Sistema Resistente de Pórticos y Duales Tipo II: Requisitos para columnas a
0.01 rt 0.06 b
Ash
lo
hn /6 máx.(a , b) 500mm
Estribos de diámetro mínimo 3/8”
0.3sbc [(Ag /Ach)-1] f’ /f c yt 0.09sbc f’ /f c yt
so
6db(longitudinal) mín.(a/3 , b/3) 100mm
s
10db(longitudinal) 250mm
Sistema Resistente de Muros Estructurales o Dual Tipo I: Requisitos para columnas a
0.01 rt 0.06 b
lo
hn /6 máx.(a , b) 500mm
Estribos de diámetro mínimo 8mm (según dbl)
so
8db(longitudinal) mín.(a/2 , b/2) 100mm
s
16db(longitudinal) 48db(estribo) min.(a , b) 300mm
• Terremoto: Ciudad de México, México, Set. 19, 1985 • Magnitud: 8.10
NORMA E-060: Alcances Fija los requisitos y exigencias mínimas para el análisis, el diseño, los materiales, la construcción, el control de calidad y la supervisión de estructuras de concreto armado, preesforzado y simple El propósito de un código es el de ayudar a lograr una estructura segura y de buen comportamiento bajo condiciones de servicio
NORMA E-060: Alcances Contenido 1-Requisitos Generales 2-Notación y Definiciones 3-Materiales 4-Requisitos de Durabilidad 5 Calidad del Concreto, Mezclado y Colocación 6-Encofrados, Tuberías Embebidas, Juntas de Construcción 7-Detalles del Refuerzo 8-Análisis y Diseño –Consideraciones Generales 9-Requisitos de Resistencia y Servicio 10-Flexión y Carga Axial 11-Cortante y Torsión
NORMA E-060: Alcances Contenido 12-Longitudes de Desarrollo y Empalmes del Refuerzo 13- Losas en dos direcciones 14- Muros (muros de carga) 15- Zapatas 16-Concreto Prefabricado 17-Elementos compuestos 18-Concreto Preesforzado 19-Cáscaras y LosasPlegadas 20-Evaluación de Estructuras 21-Disposiciones Especiales para Diseño Sísmico 22-Concreto Estructural Simple
Requisitos Generales de Resistencia Resistencia Requerida (U): Combinaciones Básicas
Requisitos Generales de Resistencia Factores de Reducción de Resistencia (Ø)
Capítulo 9 –Resistencia Mínima •Se fija la Resistencia mínima del Concreto
con fines estructurales en 175 kg/cm2. •Concreto Estructural Simple (Cap.22) f ´c min =140 kg/cm2 •Elementos con responsabilidad sísmica
(Cap. 21) f ´c min = 210 kg/cm2 •Edificios de Muros de Ductilidad Limitada (Cap 21) f ´c =175 kg/cm2
Capítulo 9 –Resistencia Máxima •No se fija un valor máximo para f’c.
salvo para elementos con responsabilidad sísmica (Cap. 21) f’c max= 550 kg/cm2
Otras Normas también fijan un valor máximo para f’c en elementos con
responsabilidad sísmica por problemas de baja ductilidad (poca deformación de rotura).
Capítulo 9 –Resistencia de Diseño para el refuerzo de acero •fy , fyt max. 5,500 kg/cm2 •Espirales fyt max 7,000 kg/cm2 (Cap.10) •fy , fyt max. Cortante 4,200 kg/cm2 (Cap. 11) •fy , fyt max. Torsión 4,200 kg/cm2 (Cap. 11) •Elementos con responsabilidad sísmica (Cap. 21)
4,200 kg/cm2 •Edificios de Muros de Ductilidad Limitada (Cap 21)
Se permiten mallas electrosoldadas bajos ciertas condiciones
Capítulo 9-Deflexiones Se mantiene la metodología del 89 para el cálculo de deflexiones. Inercia Efectiva = Inercia Fisurada Refuerzos por cambios volumétricos Barras Lisas 0.0025 Barras corrugadas con fy< 4200 0.0020 Barras corrugadas con fy > 4200 0.0018 Mallas Electrosoldadas fy >4200 0.0018 Espaciamientos máximos: S<3t S < 0.40 m
Capítulo 10 –Flexión y Carga Axial •No hay cambio en las hipótesis de
diseño •Se mantiene el concepto de Cuantía Balanceada y el límite de 0.75rb •Se considera a una sección como viga si Pu< 0.1 f’c Ag •Se permite interpolar para cargas
axiales bajas
INGENIERIA SISMO-RESISTENTE Es la combinación de una serie de conceptos, que considerados de manera integrada, permiten el diseño de una construcción capaz de resistir los efectos de los “sismos razonablemente más fuertes” que se puedan presentar en el futuro en la
localidad.
FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE
• EVITAR PERDIDAS DE VIDAS HUMANAS • ASEGURAR LA CONTINUIDAD DE LOS SERVICIOS
BASICOS • MINIMIZAR LOS DAÑOS A LA PROPIEDAD
PRINCIPIOS DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE • LA ESTRUCTURA NO DEBERIA COLAPSAR, NI
CAUSAR DAÑOS GRAVES A LAS PERSONAS DEBIDO A MOVIMIENTOS SISMICOS SEVEROS QUE PUEDEN OCURRIR EN EL SITIO • LA ESTRUCTURA DEBERIA SOPORTAR MOVIMIENTOS SISMICOS MODERADOS, QUE PUEDAN OCURRIR EN EL SITIO DURANTE SU TIEMPO DE SERVICIO, EXPERIMENTANDO POSIBLES DAÑOS DENTRO DE LOS LIMITES ACEPTABLES
E030 METRADO DE CARGAS
IRREGULARIDADES EN ALTURA
IRREGULARIDADES EN PLANTA
Asimetría (Falsa simetría) debido a disposición de elementos resistentes.
Cuando existe excentricidiad, los daños se presentan en los elementos extremos
ANALISIS ESTATICO POR LA NORMA PERUANA E030-2006
FUERZA CORTANTE EN LA BASE
V
ZUCS R
P
Donde Z – zona sísmica, U – categoría de la edificación, S – tipo de suelo, C – factor de amplificación sísmica, R – coeficiente de reducción de fuerzas T p C 2,5__
T
C 2,5
Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo
Factor de Zona Aceleración máxima del suelo firme con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años
Factor de Uso e Importancia Depende de la categoría de la edificación, incrementando la aceleración espectral de diseño, en función a las pérdidas que podría CATEGORIA A B C D
DESCRIPCION Esenciales Importantes Comunes Menores
U 1.5 1.3 1.0 *
Coeficiente de Amplificación Sísmica Se define de acuerdo a las condiciones de sitio y se interpreta como el factor de amplificación de la respuesta estructural respecto a la aceleración en el suelo
T p C 2,5__
T
C 2,5
Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo
Factor de Suelo Se define tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el periodo fundamental de
TIPO S1 S2 S3 S4
DESCRIPCION Roca o suelos muy rigidos Suelos intermedios Suelos flexibles Condiciones excepcionales
Tp (seg) 0.4 0.6 0.9 *
S 1.0 1.2 1.4 *
Factor de Reducción de Solicitaciones Sísmicas Los sistemas estructurales se clasifican según
los materiales usados y el sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección:
DESPLAZAMIENTOS LATERALES
JUNTA SISMICA
FUERZA SISMICA DE DISEÑO
