CONCRETO ARMADO II: SEMANA 12 - DISEÑO DE PORTICO DUCTILES ESPACIALES

DISEÑO DE PÓRTICOS DÚCTILES ESPECIALES

DEFINICIONES:

Elementos de borde (Boundary elements) – Partes de los muros estructurales y los diafragmas, localizadas en los bordes y alrededor de las aberturas, a las cuales se les da resistencia adicional por medio de armaduras longitudinales y transversales.

Elementos colectores (Collector elements) – Elementos, localizados dentro de los diafragmas, que transmiten las fuerzas inerciales al sistema de resistencia ante fuerzas horizontales.

Estribo suplementario (Crosstie) – Barra de refuerzo que tiene un gancho sísmico en un extremo y en el otro extremo un gancho de no menos de 90° con una extensión de 6d. Los ganchos deben abrazar el refuerzo longitudinal. Los ganchos de 90° se deben alternar en la altura.

Desplazamiento de diseño (Design displacement) – Desplazamiento horizontal total esperado para el sismo de diseño, tal como lo prescribe el Código general.

Estribo de confinamiento (Hoop) – Un estribo cerrado o enrollado continuo. Puede estar compuesto por uno o varios elementos, cada uno de los cuales debe tener ganchos sísmicos en sus extremos.

Sistema de resistencia sísmica (Lateral-force resisting system) – Aquella parte de la estructura compuesta por elementos diseñados para resistir las fuerzas provenientes de los efectos sísmicos.

Pórtico de Momento (Moment frame) – Pórtico espacial en el cual los elementos y nudos (o conexiones) resisten las solicitaciones por medio de flexión, fuerzas cortantes y fuerzas axiales. Existen las siguientes clases de pórticos:

Pórtico de momento intermedio (Intermediate moment frame) – Un pórtico que cumple con los requisitos de 21.2.2.3 y 21.10 adicionalmente a los de pórticos comunes.

Pórtico de momento ordinario (Ordinary moment frames) – Un pórtico que cumple con los requisitos de los Capítulos 1 a 18.

Pórtico de momento especial (Special moment frame) – Un pórtico que cumple con los requisitos de las Secciones 21.2 a 21.5 adicionalmente a los de pórticos comunes.

Gancho sísmico (Seismic hook) – Gancho en un estribo, estribo de confinamiento o estribo suplementario que tiene un doblez de no menos de 135° y una extensión de 6d , pero no menos de 75 mm, que abraza el refuerzo longitudinal y se proyecta hacia el interior de la sección.

Elementos de borde especiales (Special boundary elements) – Elementos de borde requeridos por 21.6.6.2 y 21.6.6.3.

Requisitos generales

Alcance

El Capítulo 21 contiene lo que se considera deben ser los requisitos mínimos que se deben emplear en las estructuras de concreto armado para que sean capaces de resistir una serie de oscilaciones en el rango inelástico de respuesta sin que se presente un deterioro crítico de su resistencia.

Por lo tanto el objetivo es dar capacidad de disipación de energía en el rango inelástico de respuesta.

CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA

común (ordinary)
intermedia
especial

COMPORTAMIENTO HISTERETICO

DEGRADACIÓN DE LA RESISTENCIA

DEGRADACIÓN DE RIGIDEZ Y DE RESISTENCIA

DEGRADACIÓN DE LA RIGIDEZ SIN FALLA

RESPUESTAS INELASTICAS

CICLOS DE HISTERESIS

CAPACIDAD GLOBAL DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA

En los Códigos de diseño sismo resistente se describe por medio del coeficiente de reducción de resistencia R.

RESPUESTA ELÁSTICA VS INELASTICA

ESTRATEGIA ACTUAL DE DISEÑO SISMICO

Dada una capacidad de disipación de energía para el material y el sistema estructural, definida por medio de R y dependiente de la manera como se detalle (despiece) el material estructural, se obtiene la fuerza sísmica de diseño por medio de:

y la fuerza elástica máxima solicitada es a su vez:

CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA EN EL RANGO INELEASTICO

LIMITACIONES AL EMPLEO DE LA CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA

Esto es lo que indica directamente el ACI 318-99. Los diferentes Códigos generales realizan variaciones a estas limitaciones en función de otros parámetros tales como la importancia de la edificación en la recuperación con posterioridad a un temblor, su localización en sitios con suelos blandos que amplifican las ondas sísmicas y otros.

El ACI 318-99 exige (21.2.2) que se tenga en cuenta la interacción entre elementos estructurales y no estructurales que puedan afectad la respuesta elástica e inelástica de la estructura durante el sismo.

Los elementos rígidos que no se consideren parte del sistema de resistencia sísmica se permiten, siempre y cuando se estudie su efecto en la respuesta de la estructura y el diseño se acomode a estos efectos.

Los elementos estructurales que se suponga que no hace parte del sistema de resistencia sísmica deben cumplir los requisitos de 21.9

C.21.2 REQUISITOS GENERALES

Resistencia mínima del concreto :

210kg/cm2

• La resistencia empleada en el diseño de hormigón con agregados ligeros no debe exceder:

280 kg/cm2

• El acero de refuerzo debe cumplir la norma ASTM A 706, en su defecto para los aceros

Grado 40 y 60 se deberá cumplir:

– La resistencia a la fluencia real medida por medio de ensayos no debe exceder la resistencia a la fluencia nominal en más de 1260 kg/cm2.

– La relación entre la resistencia a la tensión real y la resistencia a la fluencia real no debe ser menor de 1.25

PÓRTICOS DÚCTILES ESPECIALES

DISEÑO DE VIGAS DÚCTILES ESPECIALES

ELEMENTOS A FLEXION EN PORTICOS ESPECIALES

REFUERZO LONGITUDINAL

La resistencias a momento en cualquier sección deben cumplir:

COLUMNAS DÚCTILES ESPECIALES

ANÁLISIS DIRECCIÓN X:

Flexión por cargas de gravedad en dirección X.
Flexión por cargas laterales sismicos en dirección X.
Flexión uniaxial

ANALISIS DIRECCION Y:

Flexión por cargas de gravedad en dirección X.
Flexión por cargas laterales sísmicas en dirección Y.
Flexión Biaxial

DEBE CONSIDERARSE EL CICLO DE ESBELTEZ.

ELEMENTO A FLEXO-COMPRESIÓN EN PÓRTICOS ESPECIALES

La resistencia a flexión de las columnas debe cumplir:

DEFINICIÓN DE PARÁMETROS DE CONFINAMIENTO

DISEÑO A CORTANTE

CONSIDERACIONES DE COLUMNAS DUCTILES

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

- Los traslapes sólo son permitidos dentro de la mitad central de la columna

Sino satisface lo anterior, se tendrá que considerar refuerzo por confinamiento.

- Usando expresiones empíricas

se calculan los momentos últimos para todas las secciones críticas de posible formación de rótulas plásticas ( secciones positivas y negativas en las caras de los apoyos de las vigas y columnas, que son los MOMENTOS My ).

El Reglamento ACI - 99 considera para zonas muy sísmicas que en cada nudo, la suma de las capacidades últimas en flexión de las columnas sean por lo menos igual a 1.2 la suma de las capacidades últimas de las vigas que concurren a las caras del nudo.

REFUERZO TRANSVERSAL (COLUMNA CONFINADAS)

DISEÑO POR FUERZA CORTANTE

a) Mecanismo de rótulas plásticas en vigas: ( ACI - 99 )

Las columnas se diseñaran para fuerzas cortantes obtenidas con la hipótesis de la formación de rótulas plásticas en las secciones críticas de vigas y considerando un esfuerzo de 1.25 fy del refuerzo de acero.

b) Mecanismo de rótulas plásticas en columnas.

EJEMPLO DE DISEÑO DE COLUMNA DUCTIL ESPECIAL

CONEXIÓN VIGA - COLUMNAS

# En el cálculo de los esfuerzos cortantes dentro de las conexiones de pórticos especiales se debe suponer que la resistencia del acero longitudinal es 1.25f.

# El refuerzo longitudinal que termine en una columna debe llevarse hasta la cara opuesta del núcleo confinado de la columna y anclarse allí de acuerdo a las longitudes de desarrollo en tracción o compresión.

# Cuando el refuerzo longitudinal de la viga pase a través de la conexión, la dimensión de la columna paralela al refuerzo no debe ser menor de 20db de la barra de mayor diámetro para concreto de peso normal, ni 26db para concreto de agregado ligero.

CALCULO DEL CORTANTE EN LA CONEXIÓN