Post on 30-Jan-2018
Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI 318- 14
SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015
Clase: Diseño de Muros y Dinteles de Acoplamiento
Relator: Leonardo Massone, Universidad de Chile
WWW.CONCRETE.ORG/ACI318
Capítulo 18 – Estructuras sismo resistentes
Sistemas ordinarios (Mínimo para CDS B)
• Vigas
• Columnas
Sistemas intermedios (Mínimo para CDS C)
• Vigas
• Columnas
• Nudos viga-columna
• Losas en dos direcciones
• Muros estructurales prefabricados
Sistemas especiales (CDS D, E, F)
• Vigas
• Columnas
• Nudos viga-columna
• Pórticos a momento de concreto prefabricado
• Diafragmas y cerchas
• Miembros que no hacen parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas
• Muros estructurales
Viña del Mar, 2010
¿Cómo diseñar?
• ¿Muro T o muro rectangular?
• ¿Bastará un buen detallamiento?. ¿Qué es un buen detallamiento?
• ¿Qué/Cuánto es daño aceptable?
• ¿Cómo limito el daño?
• Carga axial, discontinuidades.. ¿Dónde aparecen en el diseño?
4
Fundamentos de los cambios de la norma Chilena
5
Muros
Gran nivel de compresión en muros
Discontinuidades: 1er piso o subterráneo
Formación de muros en T
Sin confinamiento en borde de muros
Planta 1er piso o subterráneo
Bo
de
ga
s –
Bo
rde
Ed
fi.
esta
cio
na
mie
nto
s
da
ño
s
Santiago, 2010
Nuevo decreto
NCh 430.Of2008
DS 118 (25 Febrero 2011)
DS 60 reemplaza DS 118 (13 Diciembre 2011)
Código base: ACI 318S-08
Disposiciones para Muros especiales Muros ordinarios – R, Ro≤4 hasta 5 pisos
Refuerzo en elemento especial de borde: db_long ≤ 1/9*h_elem.Borde (min)
Ej. dl ≤ 1/9*200=22mm
db_estribo ≥ 1/3*db_long (general)
Ej. de ≥ 1/3*36=12mm
Nuevo decreto
Estribos y trabas suplementarias
con doblez ≥ 135º
Verificar estabilidad si: tw < lu/16
Grieta “abierta” reduce la
estabilidad
Al limitar la carga axial se relajó el
requerimiento
Ej. t<3000/16=188mm
Flexo-compresión en muros
1. Evitar falla frágil por flexo-compresión
Confinamiento si ec>0.003 (similar a ACI 318)
Confinamiento adecuado - espesor >300mm y largo mínimo
“c” incorpora efecto asimetría
2. Limitar daño flexo-compresión (ec≤0.008) Limitación directa e indirecta de carga axial
Daño menor en edificios antiguos (menor carga axial)
“c” incorpora efecto asimetría
3. Minimizar pandeo/fractura por tracción-compresión en barras Uso de trabas si cuantía armadura long. > 2.8/fy (zona
basado sólo en cuantía ≠ Cc)
Diseño sísmico
• Muros Estructurales
Especiales – 18.10
– Gran rigidez a cargas laterales
(en el plano)
– Puede ofrecer gran ductilidad
(correctamente diseñado).
Detallamiento enfocado a
muros esbeltos.
– Diseño en flexión, evitando falla
por corte (diseño por
capacidad)
– Configuraciones comunes:
• Edificio de muros
• Edificio de muros y marcos
(muros en cajas de escaleras y
ascensores)
2010 Santiago
Diseño sísmico
• Muros
– Ej. Edificio de muros (vista de
pisos superiores)
– Diversas geometrías de muros
Muros - Diseño sísmico
• Distribución de Momento en la altura del muro
(vigas rígidas y flexibles) Columna: 600x600
Muro: 2000x300
Viga rígida Viga flexible
colu
mna
colu
mna
muro
Muros - Diseño sísmico
• Diseño a flexión
– Ancho colaborante de alas
• Usa un valor relativamente alto (a
diferencia de otras normas, ej: 0.1hw,
UBC-94) para aumentar las posibles
exigencias de detallamiento
hw
bef
0.25hw
hw=144 in
b = 48 in
Thomsen & Wallace, 2004
Muros - Diseño sísmico
• Diseño a flexión
– Hipótesis de Bernoulli: “secciones planas permanecen
planas” puede ser usada (S.18.10.5, 22.2)
Orakcal et al., 2006
Muros - Diseño sísmico
• Diseño a flexión
– Diagrama de interacción
• Consideración de carga axial más desfavorable (para fuerzas
puede ser distinto que para deformaciones)
f (ACI 318-14)
varía en función de es
a = 0.80 estribos
a = 0.85 espirales S.22.4.2
(2014)
Muros - Diseño sísmico
• Diseño al corte
– Capacidad al corte
• Limitaciones a la capacidad de corte
'n cv c c t yV A f fa
Acv
hw
lw
t = cuantía dist. de
refuerzo horizontal
l = cuantía dist. de
refuerzo vertical
0.66 ' (serie de machones)
0.83 ' (machón individual
o muro horizontal)
cv c
n
cw c
A fV
A f
Acw
hw/ℓw
αc
0.25
0.17
1.5 2.0
1 2 3
Acv muro = Acw1+Acw2+Acw3
Acw2
Segmentos verticales de muro
Muros - Diseño sísmico
• Requisitos del refuerzo
– Cuantía mínima de armadura
– Espaciamiento
– Número de cortinas
– Requerimientos especiales de armadura vertical
– Longitud de desarrollo (ld)
• Según S.25.5
• Considerando una extensión d ~ 0.8lw (desde el corte teórico)
• Debe considerarse un aumento del 25% en la longitud de
desarrollo en zonas probables de fluencia
w wsi h l 2.0 l t
hw
lw
t = cuantía dist. de
refuerzo horizontal
t = cuantía dist. de
refuerzo vertical
,max
u
0.083 ' 10% .11.6si V
0.083 ' , 0.0025
cv c n
cv c l t
A f V S
A f
s 450mm
usi V 0.17 ' ó 2 usar 2 cortinas (capas)cv c w wA f h l
permite reducción de
cuantía dist. de refuerzo
Muros - Diseño sísmico
• Diseño al corte
– Fuerza de corte
• Vu debe considerarse del análisis.
• Sin embargo, S.21.2.4.1 requiere del uso de un factor f=0.6
si la resistencia nominal de corte es menor que el corte
producto de alcanzar la resistencia nominal a flexión
(también es válido para marcos especiales).
• Se debería considerar Vu del diseño por capacidad (similar a
vigas y columnas), es decir, la fuerza de corte esperada
luego de una falla por flexión en zonas donde pueda ocurrir
fluencia de la armadura de flexión (ej.: aberturas)
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
– Deformaciones
dy
211
40 2
p
u y w u y p w
lh l hd f f f
u p w u p wh l hd f
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
– Deformaciones
Modelo simplificado
lp=lw/2
Considerando que se sobrepasa la
deformación unitaria de compresión
del hormigón de 0.003 (supone la
misma profundidad de línea neutra)
Zona de hormigón con deformación
de compresión mayor a ecl =0.003
2
cu wu p w u p w w
lh l h h
c
ed f
2 ucu
w w
c
h l
de
" 1 cl
cu
c ce
e
" 2cl
w w u w
c c
l l h
e
d
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
– ¿Cuándo es necesario el confinamiento de la armadura de
borde y hasta qué profundidad de la sección transversal?
• 1.5du considera amortiguamiento 2% en vez de 5% y valor
envolvente de du en vez de valor medio (la estimación es 2)
→ Se debe considerar
confinamiento en caso
que se supere el 0.003
S.18.10.6.2 0.005u
wh
d
valores esperados de deformaciones
du/hw=0.015 (Wallace & Moehle, 1992)
“Diseño basado en desplazamiento”
0.003 1
2 2 667 .6 500 1
cl w w w w
u w u w u w u w
l l l lc
h h h h
e
d d d d
" 10.1
667 0.015 2w w u w w w
c c c c
l l h l ld
2w
w
h
l
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
– ¿Cómo considero otros elementos, por ejemplo, muros no
esbeltos?
"
0.12w w w
c c c
l l l
→ Se debe considerar confinamiento en
caso que se supere el 0.2f’c S.18.10.6.3
→ Diseño basado en tensiones en vez de desplazamiento
u uc
g g
M y Pf
I A
Mu
Pu
fc
0.2 ' requiere elemento de bordec cf f
Se sigue requiriendo
confinamiento dentro
de la zona transversal
dada por c”
Consideraciones:
-Modelo lineal y elástico
-Cargas mayoradas
-Sección bruta (Ig, Ag)
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
– Requerimientos nuevos (ACI 318-14)
• Pandeo global (esbeltez)
• Muros esbeltos (hw/lw≥2) con gran compresión (c/lw≥3/8) – no
controlados por tracción
• Confinamiento y pandeo barras
– Barra long. alterna apoyada, separación libre ≤ 150mm
– Dimensión mínima de estribo o rama (10 ó 12mm)
dentro c"16
uhb hu = Altura libre (lado comprimido)
dentro c" 300mmb
350mm2 3bx
borde
h
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
– Requerimientos nuevos (ACI 318-14)
• Confinamiento y pandeo barras
• Cuantía de refuerzo transversal
1
mi3
n b, hs
350100 150mm
3 100mm
xo
hs s
6 bs d
Ach = (borde exterior
Al igual que bc)
Evitar muros delgados
con poco confinamiento
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de
confinamiento de borde – Anclar refuerzo horizontal dentro del núcleo
confinado (llegar a 150mm borde con ld)
– Si Avfy/s<Ashfy/s → se puede usar barra recta
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
– ¿Qué pasa cuando no se requiere detallamiento especial?
• Si la cuantía de borde es mayor a 2.8/fy, cumplir con:
– Barra long. alterna apoyada, separación libre ≤ 150mm
– Dimensión mínima de estribo o rama (10 ó 12mm)
– Dentro de c”
– Espaciamiento
350mmxh
"
0.12w w w
c c c
l l l
8 6 ó
200mm 150mmb bd d
s s
4
w
u u
ll
M V
Dentro de l
Muros - Diseño sísmico
• Detallamiento de armadura de confinamiento de borde
Diseño sísmico
• Vigas de acoplamiento – 18.10.7 – Esbeltas
• Cumplir 18.6 (vigas)
• No es necesario cumplir (demostrando estabilidad)
– Intermedias
• Se permite el uso de barras diagonales, o armadura de vigas
– Cortas
• Deben reforzarse con el uso de barras diagonales (salvo que a pesar de la pérdida de rigidez y resistencia, se mantenga la integridad)
4nl h
ln
h h
b
4nl h
2 y 0.33 'n u c cwl h V f A
0.3min
250mmh
b
largo columna (cada lado) 2 1min(c ,0.75c )sobreb
Naish et al., 2009 UCLA report
Diseño sísmico
2 0.83 'n vd y c cwV A f sen f Aa
'0.3 1
g csh c
ch yt
A fA b s
A f
'0.09 c
sh c
yt
fA b s
f
350100 150mm
3 100mm
xo
hs s
6 bs d
350mmxh
• Vigas de acoplamiento – Cada diagonal ≥ 4 barra
– ld, en muro ≥ 1.25ld (sobre-resistencia)
Sol. 1 (ACI 318-05):
– Diagonal ≥ bw/5 (alto) por bw/2 (ancho) (borde ext. estribos)
– Estribo cerrado
– Cuantía de confinamiento (Ag asume rec. estándar)
– Espaciamiento en diagonal
– Refuerzo superficie similar a viga alta
Av≥0.002bws (long. y transv.)
s≤ 300mm
Diseño sísmico • Vigas de acoplamiento
Sol. 2 (ACI 318-08):
– Estribo cerrado
– Cuantía de confinamiento (Ag asume rec. estándar)
– Espaciamiento (en superficie viga)
– Estribos o ganchos apoyados en barras longitudinales (igual o mayor diámetro que estribos/ganchos)
'0.3 1
g csh c
ch yt
A fA b s
A f
'0.09 c
sh c
yt
fA b s
f
6150mm
bds
200mm (vertical y horizontal)xh
(confinamiento en
superficie viga)
Naish et al., 2009 UCLA report
Ln/h=2.4
CB24F
Diseño sísmico
• Machones de muro (del ACI 318-11) – 18.10.8 – Machón de muro: ℓw/bw ≤ 6 y hw/ℓw ≥ 2 (S.2)
– En machones al borde de muros, se requiere refuerzo adicional (arriba y abajo) para transmitir el corte del machón
– Los machones deben cumplir los mismos requisitos de columnas de marcos especiales, salvo por el requisito de geometría y condición de columna-fuerte viga-débil (existe alternativa para lw/bw>2.5)
Diseño sísmico
• Machones de muro – 18.10.8 – Alternativamente, si lw/bw>2.5 (cont):
• Diseño por capacidad
• Requisito de corte en muros
• Estribos cerrados
• Refuerzo horizontal en 1 rama permitido, si termina en 180° (tomando refuerzo long.)
• Espaciamiento
• Diseño por tensiones (elemento de borde)
– El diseño se debe extender hasta:
150mm (extendido al menos 300mm por arriba y abajo del machón)s
0.2 ' requiere elemento de bordeu uc c
g g
M y Pf f
I A
tal que 0.15 'c cl f f
0.17 a 0.25ca
'n cv c c t yV A f fa
0.66 ' (serie de machones)
0.83 ' (machón individual
o muro horizontal)
cv c
n
cw c
A fV
A f
Investigación
35
Muro 7
• H-30
• A630-420H
• Categoría Edificio : C
• Importancia : 1
• Zona Sísmica : 2
• Tipo Suelo : II
• Ro : 11
• R : 7
• Ao [g] : 0.3
• Estructura de 18 pisos + 2 subterráneos.
• H = 48.5 [m] (desde subterráneo 1).
(previo al DS 61)
Planta cielo Subterráneo 1 EDIFICIO 4
Muro 7 – Confinamiento
2
2
2
11 20.275
40
2 0.00210.275 4850 50
538
y y
y
w
HH
l
cm
f ed
?
Muro 7 – Confinamiento
538 cm
745 cm
613 cm
222
11 2 2 0.00210.275 0.275 4850 50
40 538
y y
y
w
HH cm
l
f ed
222
11 2 2 0.00210.275 0.275 4850 36
40 745
y y
y
w
HH cm
l
f ed
Solo mirando la geometría
Otros factores (por ver)… y aún faltan!
2 2
2
2 1.610.275 0.22
1.61 0.00210.22 4850 23
745
y y
y
w w
H Hl l
cm
e ed
Sritharan et al., 2014 (Christchurch, 2011) Dazio et al. (2009)
Tests Building
Low steel ratio
Low steel ratio
Discontinuidades
40
2 de Noviembre de 2015
Matías Ahumada Castroman
41
0. PRESENTACIÓN.
1. INTRODUCCIÓN.
2. MODELACIÓN.
3. VALIDACIÓN.
5. MUROS BANDERA.
6. MUROS CON ABERTURA CENTRAL
4. EFECTO DEL CORTE
𝑙𝑤
ℎ𝑤
𝑙𝑤
ℎ𝑤
Muro con abertura Muro bandera
ℎ𝑤𝑙𝑤
≥ 3
MUROS CON ABERTURA
Massone & Rojas 2012
0
5000
10000
15000
-1.5E-05 0.0E+00 1.5E-05
Alt
ura
(m
m)
Curvatura (1/mm)
0.25%1.25%
2.5%
Wall Setback (Flag-wall)
42
h/l= 5
0
5000
10000
15000
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Alt
ura
en
pla
stif
icac
ión
[m
m]
Drift [%]
Rectangular.
Perforado
Cambio de sección
Ahumada (2014?)
Hei
ght
(mm
)
Curvature (1/mm)
Hei
ght
to y
ield
ing
(mm
)
Rectangular
With setback
Section change
0
5000
10000
15000
-1.0E-05 0.0E+00 1.0E-05
Alt
ura
(m
m)
Curvatura (1/mm)
0.25%1.25%
2.5%
Wall Setback (Flag-wall)
43
h/l= 12,5
0
5000
10000
15000
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5A
ltu
ra e
n p
last
ific
ació
n [
mm
]
Drift [%]
Rectangular.
Perforado
Cambio de sección
Ahumada (2014?)
Hei
ght
(mm
)
Curvature (1/mm)
Hei
ght
to y
ield
ing
(mm
)
Rectangular
With setback
Section change
Ensayo Elementos de Borde
44
Boundary element (Polanco, 2013; Herrera, 2013)
45
Failure mode
Bo
un
dar
y e
lem
en
t
Test Setup
46
External LVDTs
Internal LVDTs
Failure Mode
47
(a)
(b)
(c)
Damaged
Zone
Unloading
Zone
Unloading
Zone
Pre-tension
48
Test results: - Strength degradation with
tension - Slenderness effect not relevant
Model results: - Steel (buckling): Massone and Moroder (2009) - Concrete: Chang and Mander (1994),
Legeron and Paultre (2003)
Test Model
Pre-tension
49
Test Model
fc,cover
ec
Pre-tension
50
Test Model
Qué falta?
Amplificación dinámica de corte
Ancho efectivo en muros
Amortiguamiento
Acoplamiento en rango inelástico
…..
gatech.edu