requisitos según el ACI 318 para muros estructurales especiales
En este capítulo se hace una introducción a la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño, cubriendo temas sobre la historia del PBEE, resumiendo los primeros esfuerzos como el FEMA 273/356 y el ATC 40. Se desarrollan los objetivos de la PBEE, formados de la matriz de Objetivos Principales vs Niveles de Peligrosidad Sísmica, se indican cómo se definen los objetivos principales a partir de niveles de desempeño en elementos estructurales y no estructurales.
Comunidad para la Ingeniería Civil Requisitos Según el ACI para Muros Estructurales
1.
Requisitos Según el ACI 318 para Muros Estructurales Especiales (Artículo 18.10 del ACI 318-2014)
1.1.
Muros Estructurales Especiales Antes de realizar una revisión a los requisitos en general para el diseño de Muros Estructurales Especiales se
listará algunas definiciones que se encuentran en el Capítulo 02 del ACI 318-2014. Muro (Wall): Un elemento vertical diseñado para resistir carga axial, carga lateral, o ambas, con una relación horizontal largo a espesor mayor que 3, usado para encerrar o separar espacios. Muro Estructural (Structural Wall): Muro proporcionado para resistir combinaciones de cortantes, momentos y fuerzas axiales en el plano del muro; un muro de corte es un muro estructural. Muro Estructural Especial (Special Structural Wall): Un muro estructural vaceado en sitio en concordancia con 18.2.3 hasta 18.2.8 y 18.10 del ACI 318-2014; o un muro estructural prefabricado en concordancia con 18.2.3 hasta 18.2.8 y 18.11 del ACI 318-2014. Segmento de Muro (Wall Segment): Parte de un muro delimitado o encerrado por aberturas verticales u horizontales o bordes. Segmento de Muro Horizontal (Horizontal Wall Segment): Segmento de un muro estructural, encerrado verticalmente por dos aberturas o por una abertura y un borde. Segmento de Muro Vertical (Vertical Wall Segment): Segmento de un muro estructural, encerrado horizontalmente por dos aberturas o por una abertura y un borde; los muros pilar son segmentos verticales de muro. Muro Pilar (Wall Pier): Segmentos verticales de muro con dimensiones y refuerzo que están destinados a resultar en una demanda al corte limitada por la fluencia a flexión del refuerzo vertical en el pilar.
1.1.1.
Alcance (18.10.1 ACI 318-2014) Esta sección contiene los requerimientos para las dimensiones y detalles de muros estructurales especiales
y de todos los componentes incluyendo las vigas de acople y los muros pilar (wall piers). Los muros pilar se definen en el Capítulo 2 del ACI 318-2014. Las disposiciones de diseño para los segmentos verticales del muro dependen de la relación de aspecto del segmento de muro en el plano del muro ( transversal horizontal ( ⁄
⁄ ), y de la relación de aspecto de la sección
), y generalmente sigue las descripciones en la Tabla 1-1. Las relaciones límites de aspecto
para los muros pilar están basados en el juicio ingenieril. Está destinado a que la fluencia a flexión del refuerzo vertical en el pilar deba limitar la demanda al corte del pilar. 1.1.1.1.
Esta sección deberá aplicarse a los muros especiales estructurales y a todos los componentes de los muros
especiales estructurales incluyendo a las vigas de acople y a los muros pilar que forman parte del sistema resistente a fuerzas sísmicas. 1.1.1.2.
Los muros estructurales especiales construidos usando concreto prefabricado deberán estar en
concordancia con 18.11 en adición a 18.10 del ACI 318-2014.
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Tabla 1-1: Disposiciones de diseño que gobiernan para los segmentos verticales de los muros (Tabla R18.10.1 del ACI 318-2014).
1.1.2.
Refuerzo (18.10.2 ACI 318-2014) Los requerimientos del refuerzo mínimo en 18.10.2.1 del ACI 318-2014, siguen desde los Códigos
precedentes. El requerimiento para el refuerzo distribuido al corte está relacionado al intento de controlar el ancho de las grietas inclinadas. El requerimiento de dos capas de refuerzo en los muros que resisten cortantes de diseño sustanciales en 18.10.2.2 del ACI 318-2014 está basado en la observación que, bajo condiciones ordinarias de construcción, la probabilidad de mantener una simple capa de refuerzo cerca de la mitad de la sección del muro es bastante baja. Además, la presencia de refuerzo cerca de la superficie tiende a inhibir la fragmentación del concreto en el evento de agrietamiento severo durante un sismo. El requerimiento para dos capas de refuerzo vertical en muros más esbeltos es para mejorar la estabilidad de la zona en compresión bajo cargas cíclicas siguiendo la fluencia del refuerzo vertical en tensión. 1.1.2.1.
Las cuantías distribuidas del refuerzo en el alma,
0.0025, a excepción que si
√ ,
no exceda
y
y
, para los muros estructurales deberá ser al menos
deberán permitirse que se reduzcan a los valores en 11.6 del
ACI 318-2014. El espaciamiento del refuerzo en cada sentido en los muros estructurales no deberá exceder de 18 plg (45 cm). El refuerzo contribuyendo a 1.1.2.2. cual 1.1.2.3.
deberá ser continuo y deberá estar distribuido a través del plano de corte.
Al menos dos cortinas de refuerzo deberán usarse en un muro si y
√
o si
⁄
, en el
se refieren a la altura y longitud del muro en su conjunto, respectivamente. El refuerzo en los muros estructurales deberá estar desarrollado o empalmarse para
en tensión en
concordancia con 25.3, 25.4 del ACI 318-2014 y (a) hasta (c): a.
El refuerzo longitudinal deberá extenderse más allá del punto en el cual ya no es más requerido para
resistir a flexión por al menos b.
, excepto en la parte superior del muro.
En ubicaciones donde la fluencia del refuerzo longitudinal es probable que ocurra como un resultado
de los desplazamientos laterales, las longitudes de desarrollo del refuerzo longitudinal deberá ser 1.25 veces los valores calculados para c.
en tensión.
Empalmes mecánicos del refuerzo deberán estar conformes a 18.2.7 del ACI 318-2014 y empalmes
soldados del refuerzo deberán estar conformes a 18.2.8 del ACI 318-2014. Los requerimientos están basados en disposiciones del Capítulo 25 del ACI 318-2014. Debido a que las fuerzas reales en el refuerzo longitudinal de los muros estructurales pueden exceder a las fuerzas calculadas, el refuerzo deberá desarrollarse o empalmarse hasta alcanzar la resistencia de fluencia de la barra en tensión. En ubicaciones
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donde la fluencia del refuerzo longitudinal se espera, un multiplicador de 1.25 es aplicado para tomar en cuenta la probabilidad que la resistencia a fluencia real exceda la resistencia a fluencia especificada de la barra, así como la influencia del endurecimiento de deformación y las inversiones de las cargas cíclicas. Cuando se use refuerzo transversal, las longitudes de desarrollo para barras rectas y en gancho pueden reducirse como está permitido en 25.4.2 y 25.4.3 del ACI 318-2014, respectivamente, ya que el refuerzo transversal espaciado muy de cerca mejora el desempeño del empalme y del gancho sometido a demandas inelásticas repetidas (ACI 408.2R).
1.1.3.
Fuerzas de Diseño (18.10.3 ACI 318-2014) deberá obtenerse a partir de un análisis de carga lateral en concordancia con las combinaciones de carga
factoradas. Las cortantes de diseño para los muros estructurales se obtienen a partir de análisis de cargas laterales con los factores de carga apropiados. Sin embargo, la posibilidad de fluencia de los componentes de tales estructuras debiera ser considerada, como en la porción de un muro entre dos aberturas de ventanas, en cuyo caso la cortante real puede exceder de la cortantes indicada por el análisis de cargas laterales basado en las fuerzas factoradas de diseño.
1.1.4.
Resistencia al Corte (18.10.4 ACI 318-2014) La ecuación 18.10.4.1 reconoce la resistencia elevada al corte de los muros con relaciones altas cortante a
momento (Hirosawa 1977; Joint ACI-ASCE 326 1962; Barda et al. 1977). La resistencia nominal al corte está dada en términos del área neta de la sección que resisten el corte. Para una sección rectangular sin aberturas, el término
se
refiere al área bruta de la sección transversal más que al producto del ancho y el peralte efectivo. La definición de en la ecuación 18.10.4.1 facilita los cálculos de diseño para muros con refuerzo uniformemente distribuido y muros con aberturas. Un segmento vertical de muro se refiere a una parte de un muro encerrada horizontalmente por aberturas o por una abertura y un borde. Para un muro aislado o un segmento vertical de muro, horizontal (se hace la aclaración de no denominar a este refuerzo como “estribo”) y
se refiere al refuerzo
se refiere al refuerzo vertical
(longitudinal). La relación
⁄
debe referirse a las dimensiones totales del muro, o de un segmento del muro encerrado
por dos aberturas, o una abertura y un borde. La intención de 1.1.4.2 (Artículo 18.10.4.2 del ACI 318-2014) es asegurarse que cualquier segmento de un muro no está asignado a una resistencia unitaria más grande que aquel para todo el muro en su conjunto. Sin embargo, un segmento de muro con una relación de
⁄
más elevada que aquel del ⁄
muro en su conjunto deberá estar proporcionado por la resistencia unitaria asociada con la relación las dimensiones para aquel segmento.
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basada en
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Figura 1-1: Muro con aberturas (Figura R18.10.4.5 del ACI 318-2014). Para restringir efectivamente las grietas inclinadas, el refuerzo incluido en
y
deberá estar distribuido
apropiadamente a lo largo de la longitud y altura del muro (referirse a 1.1.4.3). El refuerzo en “cuerda” proporcionado cerca de los bordes de los muros en cantidades concentradas para resistir momentos flectores no está incluido en la determinación de
y
. Dentro de límites prácticos, la distribución del refuerzo al corte deberá ser uniforme y en un
espaciamiento pequeño. Si la fuerza factorada de corte a un nivel dado en una estructura es resistida por varios muros o varios segmentos verticales de muros o un muro perforado, la resistencia al corte unitaria promedio asumida para el total del área de la sección transversal disponible está limitada a
√
con el requerimiento adicional que la resistencia al corte √ . El límite superior de la resistencia
unitaria asignada a cualquier segmento de muro vertical simple no exceda de
a asignarse a cualquiera de los miembros se impone para limitar el grado de redistribución de la fuerza cortante. Los segmentos horizontales de muro en 1.1.4.5 se refieren a secciones de muro entre dos aberturas alineadas verticalmente (Figura 1-1). Es, en efecto, un segmento vertical de muro rotado a través de 90 grados. Un segmento horizontal de muro es también referido como una viga de acople cuando las aberturas están alineadas verticalmente sobre la altura del edificio. Cuando se diseñe un segmento horizontal de muro o una viga de acople, refiere al refuerzo vertical (transversal) y 1.1.4.1.
se
se refiere al refuerzo horizontal (longitudinal).
de los muros estructurales no deberá exceder: ( donde el coeficiente
es 3.0 para
2.0 para
⁄
1.1.4.2.
En 1.1.4.1, el valor de la relación
)
√ ⁄
( , es 2.0 para
)
⁄
, y varía linealmente entre 3.0 y
entre 1.5 y 2.0. ⁄
usada para calcular
en segmento de un muro deberá ser el
mayor de las relaciones para el muro en su conjunto y el segmento de muro considerado. 1.1.4.3.
Los muros deberán tener refuerzo por corte distribuido en dos direcciones ortogonales en el plano del
muro. Si
⁄
1.1.4.4.
Para todos los segmentos verticales de muro que comparten una fuerza lateral común,
no excede de 2.0, la cuantía del refuerzo
tomarse mayor que
√ , donde
deberá ser al menos la cuantía del refuerzo
1.1.4.5.
no deberá
es el área bruta del concreto encerrado por el espesor del alma y la longitud
de la sección. Para cualquiera de los segmentos individuales verticales del muro, √ , donde
.
no deberá tomarse mayor que
es el área de la sección de concreto del segmento individual vertical del muro considerado.
Para segmentos horizontales de muro y vigas de acople,
√ , donde
no deberá tomarse mayor que
es el área de la sección de concreto de un segmento horizontal de muro o viga de acople.
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1.1.5.
Diseño por Flexión y Fuerza Axial (18.10.5 ACI 318-2014)
1.1.5.1.
Los muros estructurales y partes de dichos muros sometidos a flexión y cargas axiales combinadas deberán
diseñarse en concordancia con 22.4 del ACI 318-2014. El concreto y el refuerzo longitudinal desarrollado dentro de los anchos efectivos del ala, elementos de borde, y el alma del muro deberá considerarse efectivo. Los efectos de las aberturas deberán ser considerados. La resistencia a flexión de un muro o segmento de muro es determinado de acuerdo a procedimientos comúnmente usados para las columnas. La resistencia deberá determinarse considerando las fuerzas axial y lateral aplicadas. El refuerzo concentrado en los elementos de borde y distribuidos en las alas y almas deberá estar incluido en los cálculos de la resistencia basados en un análisis de compatibilidad de deformaciones. La cimentación que soporta el muro deberá diseñarse para resistir el contorno del muro y las fuerzas del alma. Para muros con aberturas, la influencia de la abertura o aberturas sobre las resistencias a flexión y corte será considerada y un patrón de carga alrededor de la abertura o aberturas deberá verificarse. Los conceptos del Diseño por Capacidad y modelos Puntal y Tensor pueden ser útiles para este propósito (Taylor et al. 1998). 1.1.5.2.
A menos que un análisis más detallado se desarrolle, los anchos efectivos del ala de secciones con alas
deberán extenderse desde la cara del alma hasta una distancia igual al menor de un medio la distancia hasta un muro adyacente y 25 por ciento de la altura total del muro. Cuando las secciones de los muros se intersectan para formar formas L, T, C u otras secciones transversales, la influencia del ala en el comportamiento del muro deberá ser considerada seleccionando anchos de ala apropiados. Tests (Wallace 1996) muestra que el ancho efectivo del ala y la efectividad de un ala en compresión difiere de aquel para un ala en tensión. El valor usado para el ancho efectivo del ala en compresión tiene pequeño efecto sobre la resistencia y capacidad de deformación del muro; por lo tanto, para simplificar el diseño, un valor simple del ancho efectivo del ala basado en un estimado del ala efectivo a tensión es usado tanto en tensión como en comprensión.
1.1.6.
Elementos de Borde de los Muros Estructurales Especiales (18.10.6 ACI 318-2014)
1.1.6.1.
La necesidad para elementos de borde especiales en los cantos de los muros estructurales deberá evaluarse
en concordancia con 1.1.6.2 o 1.1.6.3. Los requerimientos de 1.1.6.4 y 1.1.6.5 deberán también satisfacerse. Dos enfoques de diseño para evaluar los requerimientos de diseño en los bordes del muro se incluyen en 1.1.6.1. Las disposiciones de 1.1.6.2 permiten el uso del diseño basado en desplazamiento de los muros, en el cual los detalles estructurales son determinados directamente sobre las bases de los desplazamientos laterales esperados del muro. Las disposiciones de 1.1.6.3 son similares a aquellos del Código de 1995, y han sido mantenidos ya que son conservadores para evaluar el refuerzo transversal requerido en los bordes del muro para muchos muros. Las disposiciones 1.1.6.4 y 1.1.6.5 aplican para los muros estructurales diseñados ya sea por 1.1.6.2 y 1.1.6.3. 1.1.6.2.
Los muros o muros pilar con
⁄
que son efectivamente continuos desde la base de la estructura
hasta la parte superior del muro y se diseñan para tener una sección crítica simple por flexión y cargas axiales, deberán satisfacer (a) y (b) o deberán diseñarse por 1.1.6.3. a.
Las zonas a compresión deberán ser reforzadas con elementos de borde especiales cuando:
(
⁄
)
(
)
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y
corresponde al peralte del eje neutro más largo calculado para la fuerza axial factorada y la resistencia
nominal a momento consistente con la dirección del desplazamiento de diseño
. La relación
⁄
no
deberá tomarse menor que 0.005. b.
Cuando los elementos de borde son requeridos por (a), el refuerzo transversal del elemento de borde
especial deberá extenderse verticalmente por encima y por debajo de la sección crítica al menos el mayor de
y
⁄
, excepto como lo permite en 1.1.6.4(g).
Esta sección está basada en la suposición que la respuesta inelástica del muro está dominada por la acción a flexión en una sección crítica que fluye. El muro deberá ser proporcionado de modo que la sección crítica ocurra donde se destine. La ecuación 18.10.6.2 se sigue de un enfoque basado en desplazamiento (Moehle 1992; Wallace and Orakcal 2002). El enfoque asume que los elementos especiales de borde son requeridos para confinar el concreto donde la deformación en la fibra extrema a compresión del muro excede un valor crítico cuando el muro está desplazado a 1.5 veces el desplazamiento de diseño. El multiplicador de 1.5 sobre el desplazamiento de diseño fue adicionado a la ecuación 18.10.6.2 en la versión 2014 de este código para producir requerimientos de detalle más consistentes con la intención del desempeño del código de edificios de una baja probabilidad de colapso en el nivel de sacudimiento para Sismo Considerado Máximo (1 por ciento de probabilidad de excederse en 50 años). El límite inferior ⁄
de 0.005 sobre la cantidad
requiere elementos de borde especiales si la deformación a tensión del refuerzo
longitudinal del borde del muro no alcanza aproximadamente el doble del límite usado para definir secciones de viga controladas por tensión de acuerdo a 21.2.2 del ACI 318-2014. El límite inferior de 0.005 sobre la cantidad
⁄
requiere capacidad moderada de deformación del muro para edificios rígidos. El peralte del eje neutro
en la ecuación 18.10.6.2 es el peralte calculado de acuerdo a 22.2 del ACI 318-
2014 correspondiente a la resistencia nominal a flexión del muro cuando está desplazado en la misma dirección que
.
La carga axial es la carga axial factorada que es consistente con la combinación de carga de diseño que produce el desplazamiento de diseño
.
La altura del elemento de borde especial está basada en el estimado de la longitud de la rótula plástica y se extiende más allá de la zona sobre el cual fluye el refuerzo en tensión y el descascaramiento del concreto probablemente ocurra. 1.1.6.3.
Los muros estructurales no diseñados en concordancia con 1.1.6.2 deberán tener elementos de borde
especiales en los contornos y bordes alrededor de las aberturas de los muros estructurales donde el esfuerzo a compresión máximo de la fibra extrema, correspondiente a combinaciones de carga incluyendo los efectos de sismo, , excedan los
. El elemento de borde especial deberá estar permitido que se discontinúe donde el esfuerzo a
compresión calculado sea menor que
. Los esfuerzos deberán estar calculados para las fuerzas factoradas usando
un modelo elástico lineal y las propiedades de la sección bruta. Para muros con alas, un ancho de ala efectivo como se da en 18.10.5.2 del ACI 318-2014 deberá ser usado. Por este procedimiento, el muro es considerado estar actuando sobre las cagas de gravedad y la cortante y el momento máximos inducidos por el sismo en una dirección dada. Bajo esta carga, el borde comprimido en la sección crítica resiste la carga de gravedad tributaria más compresión resultante asociada con el momento flector.
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Reconociendo que esta condición de carga puede repetirse muchas veces durante el movimiento fuerte, el concreto estará confinado cuando los esfuerzos calculados a compresión excedan un valor crítico nominal igual a
.
El esfuerzo será calculado para las fuerzas factoradas de la sección asumiendo una respuesta lineal de la sección bruta del concreto. El esfuerzo a compresión de
es usado como un valor índice y no describe necesariamente el estado
real que puede desarrollar en la sección crítica bajo la influencia de las fuerzas de inercia reales para la intensidad sísmica anticipada. 1.1.6.4.
Cuando los elementos de borde especiales son requeridos por 1.1.6.2 y 1.1.6.3, desde (a) hasta (h) deberá
satisfacerse: a.
El elemento de borde deberá extenderse horizontalmente desde la fibra extrema a compresión a una y ⁄ , donde
distancia que es al menos el mayor de
es el peralte del eje neutro más grande
calculado para la fuerza axial factorada y la resistencia nominal a momento consistente con b.
El ancho de la zona
a compresión por flexión sobre la distancia horizontal calculada por 1.1.6.4(a),
incluyendo el ala si estuviera presente, deberá ser al menos c.
.
Para muros o muros pilar con
⁄
⁄
.
que son efectivamente continuos desde la base de la
estructura hasta la parte superior del muro, diseñados para tener un sección crítica simple por flexión y cargas axiales, y con ⁄
⁄ , el ancho de la zona
a compresión por flexión sobre la longitud calculada
en 1.1.6.4(a) deberá ser más grande que o igual a 12 plg. d.
En secciones con alas, el elemento de borde deberá incluir el ancho efectivo del ala en compresión y
deberá extenderse al menos 12 plg dentro del alma. e.
El refuerzo transversal del elemento de borde deberá satisfacer 18.7.5.2(a) hasta (e) y 18.7.5.3 del ACI
318-2014, excepto que el valor
en 18.7.5.2 del ACI 318-2014 no deberá exceder el menor de 14 plg y dos
tercios el espesor del elemento de borde, y el límite del espaciamiento del refuerzo transversal de 18.7.5.3(a) deberá ser un tercio de la menor dimensión del elemento de borde. f.
La cantidad del refuerzo transversal deberá estar en concordancia con la Tabla 1-2.
g.
Cuando la sección crítica ocurra en la base del muro, el refuerzo transversal del elemento de borde en
la base del muro deberá extenderse al menos
, en concordancia con 1.1.2.3, del refuerzo longitudinal más
grande en el elemento de borde especial. Cuando el elemento de borde especial termina sobre una zapata aislada, losa de cimentación, o cabezal de pilar, el refuerzo transversal del elemento de borde especial deberá extenderse al menos 12 plg al interior de la zapata aislada, losa de cimentación, o cabezal de pilar, a menos que una extensión mayor se requiera por 18.13.2.3 del ACI 318-2014. h.
El refuerzo horizontal en el alma del muro deberá extenderse hasta dentro de 6 plg del extremo del
muro. El refuerzo deberá anclarse para desarrollar
dentro del núcleo confinado del elemento de borde
usando ganchos o cabezas estándar. Cuando el elemento de borde confinado tiene la longitud suficiente para desarrollar el refuerzo horizontal del alma, y
⁄ del refuerzo horizontal del alma no excede de
⁄ del refuerzo transversal del elemento de borde paralelo al refuerzo horizontal del alma, deberá estar permitido que el refuerzo horizontal del alma termine sin un gancho o cabeza estándar. Las dimensiones horizontales de los elementos de borde especiales están destinadas a extenderse al menos sobre la longitud donde la deformación del concreto a compresión excede el valor crítico. Para secciones de muro con alas, incluyendo formas tipo cajón, formas L, formas C, el cálculo para determinar la necesidad de elementos especiales
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de borde deberá incluir una dirección de la carga lateral consistente con las combinaciones ortogonales definidas en el ASCE SEI 7. El valor de ⁄ en 1.16.4(a) es para proporcionar una longitud mínima del elemento de borde especial. Buena práctica de detallado es disponer el refuerzo longitudinal y el refuerzo de confinamiento de tal forma que el refuerzo longitudinal principal en el borde del muro esté soportado por refuerzo transversal.
Tabla 1-2: Refuerzo transversal para elementos especiales de borde (Tabla 18.10.6.4(f) del ACI 318-2014).
Figura 1-2: Desarrollo del refuerzo horizontal del muro en el elemento de borde confinado (Figura R18.10.6.4.1 del ACI 318-2014). Un límite de esbeltez es introducido en la edición 2014 de este Código basado en las fallas laterales por inestabilidad de los bordes en muros esbeltos observados en los recientes sismos y pruebas (Wallace 2012; Wallace et al. 2012). Para muros con recubrimientos grandes, donde el descascaramiento podría conducir a una significativa reducción de la sección, el aumento del espesor del elemento de borde deberá ser considerado. Un valor de ⁄
⁄ es usado para definir una sección crítica del muro que no está controlada a tensión
en concordancia con 21.2.2 del ACI 318-2014. Un espesor mínimo de muro de 12 plg se impone para reducir la probabilidad de inestabilidad lateral de la zona a compresión luego del descascaramiento del concreto de recubrimiento. Cuando las alas están esforzadas altamente en compresión, la interface alma a ala probablemente esté esforzada de manera elevada y debe sostener fallas locales por aplastamiento a menos que el refuerzo en los elementos de borde especiales se extienda dentro del alma.
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Figura 1-3: Resumen de los requerimientos de borde para muros especiales: (a) arriba, muro con relación ⁄ y una sección crítica simple controlada por flexión y carga axial diseñada usando 1.1.6.2, 1.1.6.4, y 1.1.6.5; (b) abajo, muro y muro pilar diseñado usando 1.1.6.3, 1.1.6.4, y 1.1.6.5. (Figura 18.10.6.4.2 del ACI 318-2014). El refuerzo transversal requerido en los bordes del muro está basado en las disposiciones de las columnas. La expresión (a) de la Tabla 1-2 fue aplicada a elementos de borde especiales de muros previo a la edición 1999 de este Código. Es restablecido en la edición 2014 de este Código debido a las preocupaciones que la expresión (b) de la Tabla 1-2 por sí misma no proporciona refuerzo transversal adecuado para los muros delgados donde el recubrimiento del concreto se toma en cuenta para una porción significativa del espesor del muro. Para elementos de borde especiales de los muros que tienen sección transversal rectangular, como
y
y
en las expresiones (a) y (c) de la Tabla 1-2 se definen
, donde las dimensiones se muestran en la Figura 1-2. Esto considera que el
descascaramiento del concreto es probable que ocurra sólo en las caras expuestas del elemento de borde confinado. Los límites sobre
son un intento para proporcionar más espaciamiento uniforme de los zunchos y atados cruzados
para muros delgados. Pruebas (Thomsen and Wallace 2004) muestran que el desempeño adecuado puede ser alcanzado usando espaciamientos verticales mayores a los permitidos por 18.7.5.3(a) del ACI 318-2014. Los requerimientos para las extensiones verticales de los elementos de borde se resumen en la Figura 1-3 (Moehle et al. 2011).
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El refuerzo horizontal en un muro estructural con una relación baja cortante a momento resiste al corte a través de una acción tipo armadura, con las barras horizontales actuando como estribos en una viga. Así, las barras horizontales proporcionadas por refuerzo al corte deben desarrollarse dentro del núcleo confinado y extenderse tan cerca al extremo del muro como los requerimientos de recubrimiento y proximidad de otro refuerzo lo permita. El requerimiento que el refuerzo horizontal del alma esté anclado dentro del núcleo confinado del elemento de borde y extenderse hasta dentro de 6 plg desde el extremo del muro se aplica a todas las barras horizontales así sean rectas, con ganchos o con cabezas, como se ilustra en la Figura 1-2. 1.1.6.5.
Cuando los elementos de borde no sean requeridos por 1.1.6.2 y 1.1.6.3, (a) y (b) deberá satisfacerse: a.
Si la cuantía del refuerzo longitudinal en el borde del muro excede a
⁄
el refuerzo transversal del
borde deberá satisfacer 18.7.5.2 sobre la distancia calculada en concordancia con 1.1.6.4(a). El espaciamiento longitudinal del refuerzo transversal del borde del muro no excederá el menor de 8 plg y de las barras principales de refuerzo a flexión más pequeñas, a excepción que el espaciamiento no deberá exceder el menor de 6 plg y
dentro de una distancia igual al mayor de
y
⁄
por encima y por
debajo de las secciones críticas cuando la fluencia del refuerzo longitudinal es probable que ocurra como resultado de los desplazamientos laterales inelásticos. b.
Excepto cuando
en el plano del muro es menor que
√ , el refuerzo horizontal que termina en
los cantos de los muros estructurales sin elementos de borde deberán tener un gancho estándar enganchando el refuerzo del borde del refuerzo del borde, deberá estar encerrado en estribos U que tienen el mismo tamaño y espaciamiento como, y empalmes, el refuerzo horizontal. La inversión de la carga cíclica puede conducir al pandeo del refuerzo longitudinal del borde incluso en casos donde las demandas sobre el borde del muro no requieren elementos de borde especiales. Para muros con moderadas cantidades de refuerzo longitudinal, estribos son requeridos para inhibir el pandeo. La cuantía del refuerzo longitudinal está destinada para incluir sólo el refuerzo en el borde del muro como se indica en la Figura 1-4. Un espaciamiento mayor de los estribos relativo a 1.1.6.4(e) está permitido debido a las demandas bajas de deformación en los muros. Los requerimientos de 1.1.6.5 se aplican sobre la altura total del muro y se resumen en la Figura 1-3 para casos donde elementos de borde especiales son requeridos (Moehle 2011). La adición de ganchos o estribos en U en los extremos del refuerzo horizontal del muro proporciona anclajes de modo que el refuerzo estará efectivamente resistiendo las fuerzas de corte. También tienden a inhibir el pandeo del refuerzo vertical del canto. En muros con una cortante baja en el plano, el desarrollo del refuerzo horizontal no es necesario.
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Figura 1-4: Cuantías del refuerzo longitudinal para condiciones típicas de bordes de muros (Figura R18.10.6.5 del ACI 318-2014).
1.1.7.
Vigas de Acople (18.10.7 ACI 318-2014) Las vigas de acople que conectan los muros estructurales pueden proporcionar rigidez y disipación de
energía. En muchos casos, los límites geométricos resultan en vigas de acople que son profundas en relación a su espacio libre. Las vigas de acople profundas pueden estar controladas por corte y pueden ser susceptibles al deterioro de la resistencia y rigidez bajo cargas sísmicas. Resultados de pruebas (Paulay and Binney 1974; Barney et al. 1980) han mostrado que el refuerzo diagonal confinado proporciona adecuada resistencia en vigas de acople profundas. Los experimentos muestran que el refuerzo diagonalmente orientado es efectivo sólo si las barras están colocadas con una gran inclinación. Por lo tanto, las vigas de acople diagonalmente reforzadas están restringidas a vigas que tienen una relación de aspecto
⁄
. La edición 2008 de este Código fue cambiada para clarificar que las vigas
de acople de relación de aspecto intermedio pueden estar reforzadas de acuerdo a 18.6.3 hasta 18.6.5. Las barras diagonales deberán estar colocadas aproximadamente de manera simétrica en la sección transversal de la viga, en dos o más capas. Las barras diagonalmente colocadas están destinadas a proporcionar la resistencia total al corte y el momento correspondiente de la viga. Los diseños que derivan de su resistencia a momento de las combinaciones de barras longitudinales y diagonales no están cubiertos en estas disposiciones. Dos opciones de confinamiento están descritas. De acuerdo a 1.1.7.4(c), cada elemento diagonal consiste de una celda de refuerzo longitudinal y transversal como se muestra en la Figura 1-5(a). Cada celda contiene al menos cuatro barras diagonales y confinan un núcleo de concreto. El requerimiento sobre las dimensiones de los lados de la celda y su núcleo es proporcionar adecuada estabilidad a la sección transversal cuando las barras están cargadas más allá de la fluencia. Las dimensiones mínimas y espacios libres del refuerzo requeridos pueden controlar el ancho del muro. Las revisiones fueron hechas en el Código del 2008 para relajar el espaciamiento del refuerzo transversal que confina las barras diagonales, para clarificar que el confinamiento es requerido en la intersección de las diagonales, y para simplificar el diseño del refuerzo longitudinal y transversal alrededor del perímetro de la viga; las vigas con esto nuevos detalles se espera que se desempeñen aceptablemente. Estas expresiones para el refuerzo transversal están basadas en asegurar que la capacidad a compresión de una sección de columna equivalente se mantiene luego del descascaramiento del recubrimiento de concreto. La sección 1.1.7.4(d) describe una segunda opción para el confinamiento de los diagonales introducido en el Código de 2008 (referirse a la Figura 1-5). Esta segunda opción es para confinar la sección transversal total de la viga en
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lugar de confinar las diagonales individuales. Esta opción puede simplificar considerablemente la colocación en campo de los aros o zunchos, lo que puede por el contrario ser especialmente desafiante cuando las barras diagonales se intersectan una con otra o entran al borde del muro.
Figura 1-5: Vigas de acople con refuerzo diagonalmente orientado. El refuerzo del borde del muro mostrado a un lado sólo por claridad: (a) abajo, confinamiento de diagonales individuales, (b) abajo, confinamiento total de la sección de la viga de concreto reforzada diagonalmente (Figura R18.10.7 del ACI 318-2014). Para las vigas de acople no usadas como parte del sistema resistente a fuerzas laterales, los requerimientos para el refuerzo diagonal pueden ser cedidos o descartados. Resultados de pruebas (Barney et al. 1980) demuestran que las vigas reforzadas como se describe en 1.1.7 tienen adecuada ductilidad en fuerzas cortantes que exceden de √
√
. En consecuencia, el uso de un límite de
proporciona un aceptable límite superior.
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1.1.7.1.
Las vigas de acople con ( ⁄ )
deben satisfacer los requerimientos de 18.6 del ACI 318-2014, con el
borde del muro interpretado como si fuera una columna. Las disposiciones de 18.6.2.1(b) y 18.6.2.1(c) del ACI 318-2014 no necesitan satisfacerse si puede mostrarse por análisis que las vigas tienen adecuada estabilidad. 1.1.7.2.
Las vigas de acople con ( ⁄ )
y con
que excede de
√
deberán estar reforzadas con dos
grupos intersectantes de barras diagonalmente colocadas de forma simétrica alrededor de la mitad del tramo, a menos que pueda mostrarse que la pérdida de rigidez y resistencia de las vigas de acople no perjudiquen la capacidad de transportar carga vertical de la estructura, la salida desde la estructura, o la integridad de los componentes no estructurales y sus conexiones hacia la estructura. 1.1.7.3.
Las vigas de acople no gobernadas por 1.1.7.1 y 1.1.7.2 deberán permitirse que estén reforzadas ya sea con
dos grupos intersectantes de barras diagonalmente colocadas de forma simétrica alrededor de la mitad del tramo en concordancia con 18.6.3 hasta 18.6.5 del ACI 318-2014, con el borde del muro interpretado como si fuera una columna. 1.1.7.4.
Las vigas de acople reforzadas con dos grupos intersectantes de barras diagonalmente colocadas de forma
simétrica alrededor de la mitad el tramo deberán satisfacer (a), (b), y (c) o (d), y los requerimientos de 9.9 del ACI 3182014 no necesitan satisfacerse: a.
deberá calcularse por (
√ donde b.
)
es el ángulo entre las barras diagonales y el eje longitudinal de la viga de acople.
Cada grupo de barras diagonales deberá consistir de un mínimo de cuatro barras proporcionadas en
dos o más capas. Las barras diagonales deberán estar embebidas en el muro al menos 1.25 veces la longitud de desarrollo para c.
en tensión.
Cada grupo de barras diagonales deberán estar encerradas por refuerzo transversal rectilíneo
teniendo dimensiones de extremo a extremo de al menos largo de los otros lados, donde
ii.
y
⁄ a lo
es el ancho del alma de la viga de acople. El refuerzo transversal deberá
estar en concordancia con 18.7.5.2(a) hasta (e), con i.
⁄ en la dirección paralela a
no menor que el mayor de (i) y (ii):
. (
)
Para el propósito de cálculo de
, el recubrimiento de concreto en 20.6.1 del ACI 318-2014 deberá
asumirse en todos los cuatro lados de cada grupo de barras diagonales. El refuerzo transversal deberá tener espaciamientos medidas de forma paralela a las barras diagonales satisfaciendo 18.7.5.3(c) y sin exceder de las barras diagonales más pequeñas, y deberá tener espaciamientos de atados transversales o patas de zunchos medidas perpendicularmente a las barras diagonales sin exceder de 14 plg. El refuerzo transversal, o su refuerzo transversal configurado alternativamente que satisface los requerimientos del espaciamiento y cuantía volumétrica del refuerzo transversal a lo largo de las diagonales, deberá continuar a través de la intersección de las barras diagonales. El refuerzo longitudinal y transversal adicional deberá estar distribuido alrededor del perímetro de la viga con un área total en cada dirección de al menos y el espaciamiento sin exceder de 12 plg.
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d.
El refuerzo transversal deberá proporcionarse para la sección transversal total de la viga en
concordancia con 18.7.5.2(a) hasta (e) con i. ii.
no menor que el menor de (i) y (ii):
. (
)
El espaciamiento longitudinal del refuerzo transversal no deberá exceder el menor de 6plg y
de
las barras diagonales más pequeñas. El espaciamiento de los atados transversales o patas de los zunchos tanto vertical como horizontalmente en el plano de la sección transversal de la viga no deberá exceder de 8 plg. Cada atado transversal y cada pata de zuncho deberán enganchar una barra longitudinal de igual o mayor diámetro. Deberá permitirse configurar zunchos como se especifican en 18.6.4.3 del ACI 318-2014.
1.1.8.
Muros Pilar (18.10.8 ACI 318-2014) Las ubicaciones de la puerta y ventana en muros estructurales algunas veces conducen a segmentos
verticales estrechos en los muros y se consideran como muros pilar. Las dimensiones que definen los muros pilar se dan en el Capítulo 2 del ACI 318-2014. Las fallas al corte de los muros pilar han sido observadas en sismos previos. La intención de esta sección es proporcionar suficiente resistencia al corte para los muros pilar de tal forma que la respuesta inelástica, si ocurriera, será principalmente en flexión. Las disposiciones se aplican a los muros pilar diseñados como parte de un sistema resistente a fuerzas sísmicas. Las disposiciones para los muros pilar no diseñados como parte del sistema resistente a fuerzas sísmicas están dados en 18.14 del ACI 318-2014. El efecto de todos los segmentos verticales del muro sobre la respuesta del sistema estructural, así se diseñen como parte del sistema resistente a fuerzas sísmicas o no, deberá considerarse como se requiere por 18.2.2 el ACI 318-2014. Los muros pilar que tienen ⁄
se comportarán esencialmente como columnas. La disposición 18.10.8.1 del ACI 318-2014 requiere que
tales miembros satisfagan los requerimientos del refuerzo y resistencia al corte desde 18.7.4 hasta 18.7.6. Disposiciones alternativas se proporcionan para muros pilar que tienen
⁄
.
La fuerza de diseño al corte determinada de acuerdo a 18.7.6.1 del ACI 318-2014 puede ser no realista en algunos casos. Como una alternativa, 1.1.8.1(a) permite que la fuerza de diseño al corte se determine usando combinaciones de carga factoradas en los cuales el efecto sísmico haya sido amplificado para tomar en cuenta la sobreresistencia del sistema. Documentos tales como el NEHRP provisions (P749-10), ASCE/SEI 7, y el International Building Code (ICC IBC-12) representan el efecto sísmico amplificado usando el factor
.
La sección 1.1.8.2 habla de los muros pilar en el canto de un muro. Bajo la cortante en el plano, grietas inclinadas pueden propagarse en los segmentos del muro directamente por encima y por debajo del muro pilar. A menos que haya suficiente refuerzo en los segmentos del muro adyacentes, la falla al corte dentro de los segmentos del muro adyacentes puede ocurrir. La longitud de embebido del refuerzo proporcionado en los segmentos del muro adyacentes deberá determinarse considerando tanto los requerimientos de la longitud de desarrollo y de la resistencia al corte de los segmentos de muro (según la Figura 1-6).
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Figura 1-6: refuerzo horizontal requerido en segmentos de muro por arriba y por debajo de los muros pilar en el canto de un muro (Figura R18.10.8 del ACI 318-2014). 1.1.8.1.
Los muros pilar deberán satisfacer los requerimientos de los pórticos especiales a momento para columnas
de 18.7.4, 18.7.5, y 18.7.6 del ACI 318-2014, con caras de la junta tomadas como la parte superior e inferior de la altura libre del muro pilar. Alternativamente, los muros pilar con a.
⁄
deberán satisfacer desde (a) hasta (f):
Las fuerzas cortantes de diseño deberán calcularse en concordancia con 18.7.6.1 del ACI 31-2014 con
las caras de las juntas tomadas como la parte superior e inferior de la altura libre del muro pilar. Si el código general de edificios incluye disposiciones a tomar en cuenta para la sobreresistencia del sistema resistente a fuerzas sísmicas, la fuerza cortante de diseño no necesita exceder
veces la cortante factorada calculada
por el análisis de la estructura por efectos de la carga sísmica. b. c.
y el refuerzo distribuido por corte deberá satisfacer 1.1.4. El refuerzo transversal deberán ser zunchos excepto que deberá permitirse usar refuerzo horizontal de
un pata paralelo a
donde sólo una cortina de refuerzo por corte distribuido esté suministrado. El refuerzo
horizontal de una pata deberá tener dobleces a 180 grados en cada extremo que encierren el refuerzo longitudinal del borde del muro pilar. d.
El espaciamiento vertical del refuerzo transversal no deberá exceder de 6 plg.
e.
El refuerzo transversal deberá extenderse al menos 12 plg por arriba y por debajo de la altura libre del
muro pilar. f. 1.1.8.2.
Los elementos de borde especiales deberán proporcionarse si se requieren por 1.1.6.3.
Para muros pilar en el canto de un muro, refuerzo horizontal deberá suministrarse en los segmentos del
muro adyacentes por arriba y por debajo del muro pilar y se diseñarán para transferir la fuerza cortante de diseño desde el muro pilar al interior de los segmentos del muro adyacentes.
1.1.9.
Juntas de Construcción (18.10.9 ACI 318-2014)
1.1.9.1.
Las juntas de construcción en los muros estructurales deberá especificarse de acuerdo a 26.5.6 del ACI 318-
2014, y las superficies de contacto deberán ser rugosas consistentes con la condición seleccionada en 22.9.4.2.
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1.1.10.
Muros Discontinuos (18.10.10 ACI 318-2014)
1.1.10.1.
Los muros estructurales discontinuos que soportan columnas deberán reforzarse en concordancia con
18.7.5.6.
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