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.UNIVERSIDAD DE CHILE
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DEPARTAMENTO
DE INGENIERIA CIVIL
.
RESUMEN DE INVESTIGACiÓN SOBRE EDIFICIOS DE
HORMIGON ARMADO EN CHILE
MEMORIA PARA OPTAR Al TíTULO DE INGENIERO
CIVil
JOSE IGNACIO LOIS RIVAS
L
PROFESOR GUíA:
ALFONSO LARRAIN VIAL.
,
MIEMBROS DE COMISiÓN:
MARíA OFELIA MORONI
y
ADUN.
Contenido Página
Índice ……… 1
Capítulo 1: Introducción………... 3
1.1. Introducción y Objetivos………. 3
1.2. Organización del Trabajo………... 4
Capítulo 2: Recopilación y Organización del Material de Trabajo……. 6
2.1. Introducción……….. 6
2.2. Criterios de Selección de Temas de Memoria……… 6
2.3. Clasificación de Temas de Memoria……… 6
Capítulo 3: Desarrollo de Trabajos Experimentales……… 13
3.1. Ensayos de Muros……….. 13
3.2. Modelos a Escala……… 19
3.3. Materiales………. 22
Capítulo 4: Desarrollo de Trabajos Analíticos……….. 24
4.1. Estructuración……….. 24
4.2. Efectos de Acciones Verticales……… 36
4.3. Detallamiento………...………... 38
4.4. Fundaciones………...……….……… 41
Contenido Página
4.6. Tipos de Análisis………...……… 45
Capítulo 5: Desarrollo de Trabajos Relacionados con Diseño……… 48
5.1. Sistemas Especiales para Disipación de Energía………… 48
5.2. Sistemas Computacionales y Manuales de Diseño….…... 53
5.3. Filosofías Complementarias de Diseño………. 55
5.4. Disposición de Armaduras……… 61
5.5. Disposiciones de Códigos Tradicionales……….…….. 66
Capítulo 6: Conclusiones y Recomendaciones……… 69
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCION
1.1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS.
Este tema trata sobre una evaluación general del comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado diseñados en el país, por medio de una interpretación y recopilación de trabajos realizados, con anterioridad a éste. Estos trabajos se resumen y ordenan de manera de exponer en forma clara y precisa los contenidos de cada uno de ellos.
Este trabajo nace de la inquietud de algunos ingenieros, en cuanto a conocer la realidad de la capacidad de los edificios en Chile construidos después del “Terremoto de Chile Central de 1985”, ya que las diferencias constructivas y de diseño han variado bastante desde esa fecha en adelante.
Actualmente existen dudas ya que se utilizan muchos criterios de diseño, y a pesar de existir una gran cantidad de estudios al respecto, aún no se dilucida las ventajas y desventajas de cada uno de ellos.
Al juntar una gran cantidad de material de investigación existente, se puede tener una mayor claridad respecto a lo evaluado en el pasado, y se puede revisar de manera rápida los distintos aspectos que enmarcarán el trabajo a futuro.
Los principales objetivos de este trabajo son:
• Lograr establecer un punto de partida para nuevos estudios, obteniendo con este trabajo una base sólida de trabajo.
• Generar discusión y obtener puntos de avenimiento, comparando distintos criterios de diseño, y establecer ventajas y desventajas de cada uno.
Específicamente se pretende obtener:
• Ordenar y sintetizar de forma adecuada el material recolectado sobre el comportamiento de edificios de hormigón armado realizados en Chile.
La metodología que se desarrolla en este trabajo, corresponde a la lectura de cada uno de los títulos seleccionados. Luego se realiza un resumen de cada uno de los temas, para su posterior exposición de manera sintetizada en esta memoria. Finalmente se encuentran conclusiones respecto a temas en común que se muestran en el desarrollo de este trabajo.
1.2. ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO.
La organización del trabajo se realiza de la siguiente forma: • CAPITULO 1: INTRODUCCION
En este capítulo se realiza una breve introducción sobre el tema de trabajo, explicando principalmente a qué se debe su realización, y su aporte a la comunidad de ingenieros civiles. Se resaltan los ítems y objetivos presentes en el desarrollo de este informe de título. Además se explica la metodología que se utiliza para la elaboración del tema.
• CAPITULO 2: RECOPILACION Y ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL DE TRABAJO
En este capítulo se explican los criterios que se toman en cuenta, para la recolección de material a revisar, que consta de una variada lista de trabajos de títulos anteriores. Además se determina la forma de clasificación de los trabajos según el tema que se trate en cada uno de ellos.
• CAPITULO 3: DESARROLLO DE TRABAJOS EXPERIMENTALES.
En este capítulo se desarrollan los temas relacionados con trabajos experimentales. Para tal efecto se expone un resumen de cada tema, de manera de poder generar una idea clara sobre el contenido de cada uno de los trabajos, y por último se muestran las conclusiones de cada uno de los temas para observar qué tipo de resultado se obtuvo en cada caso.
• CAPITULO 4: DESARROLLO DE TRABAJOS ANALITICOS.
En este capítulo se desarrollan los temas relacionados con trabajos analíticos. Se considera análisis lineal y análisis no lineal. Para tal efecto se expone un resumen de cada tema, de manera de poder generar una idea clara sobre el contenido de cada uno de los trabajos, y por último se muestran las conclusiones de cada uno de los temas para observar qué tipo de resultado se obtuvo en cada caso.
• CAPITULO 5: DESARROLLO DE TRABAJOS RELACIONADOS CON DISEÑO. En este capítulo se desarrollan los temas relacionados con trabajos de diseño. Para tal efecto se expone un resumen de cada tema, de manera de poder generar una idea clara sobre el contenido de cada uno de los trabajos, y por último se muestran las conclusiones de cada uno de los temas para observar qué tipo de resultado se obtuvo en cada caso.
• CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Las conclusiones se realizan por medio de la comparación de las conclusiones de temas insertos en un ítem específico. Por medio de esta comparación se puede observar, en caso de tener conclusiones contrapuestas:
El método que se utiliza en cada caso. Ventajas y desventajas de cada tema. Validación o no validación de un tema.
Las recomendaciones nacen de acuerdo al consenso que se llegue en cada uno de los distintos casos expuestos.
CAPÍTULO 2
RECOPILACIÓN Y ORGANIZACIÓN
DEL MATERIAL DE TRABAJO
RECOPILACION Y ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL DE TRABAJO 2.1. INTRODUCCIÓN.
Se revisa una lista de trabajos de título realizados entre los años 1990 y 2005 en la Universidad de Chile, Pontificia Universidad Católica de Chile, Universidad de Santiago y Universidad Técnica Federico Santa María y se clasifican dependiendo de los temas abordados en cada uno de ellos, y la metodología de estudio utilizada..
2.2. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE TEMAS DE MEMORIA.
Las memorias tratadas en este trabajo presentan una directa relación con elementos construidos en hormigón armado, presentes en edificios en Chile.
Los trabajos estudiados poseen la información necesaria, en cada uno de los distintos ámbitos de estudio (entiéndase ámbitos de estudio en cuanto a la clasificación de los temas). Esta información debe ser capaz de aportar diferencias, complementos, resultados y conclusiones de manera de brindar al lector una visión global del problema y observar los distintos métodos que se utilizan, para así tener una herramienta más en caso de tomar alguna decisión dada.
Por otro lado los trabajos incluidos deben tener el grado de importancia con relación al tema, de manera de saber qué trabajos se han realizado en Chile hasta el momento.
2.3. CLASIFICACIÓN DE TEMAS DE MEMORIA.
D is p. D e A rm adu ras D is p. C ód. Trad . T rab aj o s E xp er im e nt a les CLAS IFICACION DE T E MAS DE MEMORIA SE GÚN T IPO DE ARE A DE T R AB AJO Trab aj os A nal íti co s T rab aj o s Ana lít icos E n sa yo d e M uros M od el os a E sc al a M ateri al es S is t. D is ip E nerg ía S is t. C om p y M anu al D ise ño F il. C om p l. D is e ño To rs ió n T ip os d e A n ál is is E struc tu rac ión E fec to s de A cci on es V erti cal es D eta lla m ie nt o F un da ci on es
Junto a esta clasificación por temas se establece una matriz donde se aprecia la distribución de las distintas memorias según clasificación mostrada anteriormente.
Por asunto de espacio, se asigna un número a cada título y luego este número se referencia a la matriz.
Número Título de Memoria
1 Análisis de un edificio de 60 pisos de hormigón armado con arrostramientos diagonales. (Ref 11).
2 Análisis de un método de diseño sísmico para muros basado en desplazamientos. (Ref 48).
3 Análisis estructural de un edificio alto con hormigón de alta resistencia. (Ref 52).
4 Análisis técnico y experimental de la falla de un edificio de hormigón armado. (Ref 45).
5 Análisis técnico y experimental de un modelo a escala (1:10) de un edificio de hormigón armado. (Ref 46).
6 Aplicación de diferentes criterios de diseño de marcos de hormigón armado pertenecientes a sistemas estructurales mixtos (muros y marcos). (Ref 40).
7 Aplicación de diferentes criterios para el diseño de muros, a edificios chilenos. (Ref 43).
8 Armadura mínima en muros de hormigón armado con hormigonado continuo. (Ref 22).
9 Armadura mínima en muros de hormigón armado construidos con hormigón de alta resistencia, sometidos a una carga cíclica. (Ref 15).
10 Armaduras Mínimas en Muros de Hormigón Armado con Acero A44-28H sometidos a carga cíclica. (Ref 38).
11 Comparación del diseño de armaduras en muros de hormigón armado con singularidades geométricas mediante método puntal tensor y elementos finitos. (Ref 53).
12 Comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros y pórticos de hormigón armado. (Ref 24).
13 Criterios tradicionales utilizados en Chile en el diseño de muros de hormigón armado. (Ref 19).
14 Cuantías mínimas en muros de hormigón armado con junta de hormigonado. (Ref 57).
15 Diseño comparativo de un edificio de 6 pisos con y sin aisladores sísmicos, según norma Nch 2745 of 2003. (Ref 2).
16 Diseño de la fundaciones en un edificio de 60 pisos de hormigón armado. (Ref 51).
18 Diseño por comportamiento de edificios de hormigón armado. (Ref 50).
19 Diseño Sísmico Basado en el Comportamiento de Elementos de Hormigón Armado. (Ref 34).
20 Edificios altos de marcos con unión híbrida. (Ref 20).
21 Efecto de considerar las dos componentes del sismo en la respuesta de sistemas con acoplamiento torsional. (Ref 26).
22 Efecto de la incorporación de la componente vertical del sismo en el comportamiento elástico de edificios tridimensionales. (Ref 44).
23 Efectos de una reducción de la armadura por flexión en el comportamiento sísmico de dinteles. (Ref 47).
24 El Control de Calidad del Hormigón preparado para las Obras Chilenas. (Ref 18).
25 Ensayo de un modelo a escala 1:10 de un edificio de hormigón armado. (Ref 56).
26 Estudio de fisuración en losas de hormigón armado. (Ref 12).
27 Estudio de la necesidad de confinar armaduras en muros sísmicos. (Ref 42).
28 Estudio de la precisión de métodos estático – incrementales para predecir el comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado. (Ref 27).
29 Estudios de la respuesta de un edificio alto ante un terremoto intraplaca de magnitud Ms=8.0 en la ciudad de Santiago. (Ref 32).
30 Estudio de los efectos de la torsión en planta en un edificio alto no simétrico. (Ref 28).
31 Estudio del efecto de la deformación plástica en edificios altos de hormigón armado. (Ref 33).
32 Estudio del traspaso de esfuerzos en algunos nudos complejos de estructuras de hormigón armado. (Ref 30).
33 Evaluación del comportamiento sísmico de edificios con cambios bruscos de rigidez en la vertical. (Ref 14).
34 Evaluación del comportamiento sísmico de un edificio de muros de hormigón armado. (Ref 39).
35 Evaluación del desempeño de un edificio de hormigón armado de veinte pisos diseñado por desplazamientos. (Ref 35).
36 Evaluación del desempeño de un edificio de hormigón armado diseñado con la Nch 433 of 96. (Ref 9).
37 Evaluación del efecto de la resistencia a acciones laterales en la respuesta sísmica de edificios de hormigón armado. (Ref 13).
38 Evaluación del uso de armadura distribuida en elementos estructurales de hormigón armado. (Ref 3).
40 Herramientas de diseño para hormigón armado basado en el código ACI 318-02. (Ref 54).
41 Implementación de aislamiento sísmico en edificios habitacionales estructurados en base a muros. (Ref 7).
42 Influencia de la densidad de muros y reducción de rigidez en pisos inferiores en el comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros y pórticos de hormigón armado. (Ref 23).
43 Influencia de la fundación en los esfuerzos que se desarrollan durante un sismo en un edificio de hormigón armado y en el suelo. (Ref 49).
44 Influencia de la razón de aspecto de los muros y reducción de rigidez en pisos inferiores en el comportamiento sísmico inelástico de edificios de hormigón armado. (Ref 41).
45 Influencia de la rigidez de las fundaciones en un edificio sin subterráneos. (Ref 37).
46 Manual para el cálculo de elementos estructurales confeccionados con hormigón de alta resistencia. (Ref 29).
47 Muros mecedores como una alternativa de diseño Sísmico. (Ref 55).
48 Predicción del comportamiento sísmico inelástico de edificios de hormigón armado por medio de métodos estático incrementales. (Ref 25).
49 Proyecto de refuerzo para un edificio de marcos de hormigón armado. (Ref 10).
50 Recomendaciones para el control del agrietamiento por retracción en muros y losas de hormigón armado. (Ref 6).
51 Recomendaciones para la disposición de armadura en elementos típicos de hormigón armado. (Ref 21).
52 Requerimientos de ductilidad en edificios de marcos. (Ref 16).
53 Sistema Automatizado para el cálculo y Disposición de Armaduras. (Ref 8).
54 Trabajabilidad de hormigones: método práctico de terreno utilizando mesa DIN 1048. (Ref 4).
55 Un criterio basado en desplazamientos para determinar armaduras de confinamiento en elementos de marcos. (Ref 31).
56 Un nuevo formato para la norma Nch 433 basado en el diseño por desempeño. (Ref 5).
A continuación se muestra la matriz de distribución de temas.
Número Ensayo deMuros
Modelos a
Escala Materiales Estructuración Efectos Acciones
Verticales Detallamiento Fundaciones Torsión Tipos de Análisis Sist. Especiales Disip. Energía Sist. Comp. Y Manuales Diseño. Filosofía Comp. Diseño Disp. Armaduras Disp. Códigos Trad. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
Número Ensayo deMuros Modelos a
Escala Materiales Estructuración Efectos Acciones
Verticales Detallamiento Fundaciones Torsión Tipos de Análisis Sist. Especiales Disip. Energía Sist. Comp. Y Manuales Diseño. Filosofía Comp. Diseño Disp. Armaduras Disp. Códigos Trad. 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57
CAPÍTULO 3
DESARROLLO DE TRABAJOS
EXPERIMENTALES
DESARROLLO DE TRABAJOS EXPERIMENTALES 3.1. ENSAYOS DE MUROS Y LOSAS.
• Armaduras Mínimas en Muros de Hormigón Armado con Acero A44-28H
sometidos a carga cíclica. (Ref. 38).
Objetivo: Estudiar la influencia del tipo de acero comúnmente usados en el país en el comportamiento de muros de hormigón armado con cuantías verticales a flexión inferiores a la cuantía mínima establecida por el código ACI 318-95.
Se ensayan 5 probetas de hormigón armado de dimensiones de 1,4 x 2,0 x 0,12 m con cuantías que varían entre 0,15% y 0,42%.
Materiales:
Hormigón: H-30. Acero: A44-28H. Resultados:
Se obtiene momentos de fisuración teóricos mucho mayores que momentos de fisuración reales.
La fisuración se localiza generalmente en extremo inferior del muro por sobre la viga de fundación, observándose una distribución horizontal.
Conclusiones:
La diferencia entre los momentos de fisuración teóricos y reales se debe principalmente a la concentración de tensiones producida por la interfaz muro - viga de fundación.
Fórmula del ACI 318-95 no es aplicable en estos casos debido a las diferencias en los momentos de fisuración, ya que la fórmula ocupa el momento de fisuración teórico, lo que induce a un sobredimensionamiento
Se recomienda usar cuantías sobre el 0,30% para así evitar concentración de grietas en la base del muro.
• Armadura mínima en muros de hormigón armado con hormigonado
continuo. (Ref. 22).
Objetivo: Determinar el comportamiento de muros de hormigón armado con armaduras inferiores a la mínima recomendada por ACI 318-95.
Se ensayan 6 muros de 1,4 x 2,0 x 0,12 m con armaduras inferiores a la mínima entre 0,15% y 0,30%. La interfaz entre muro y viga de fundación se realiza con hormigonado continuo. Los materiales utilizados son hormigón H-30 y acero A63-42H.
El proceso de carga es monotónica creciente en parte superior del muro y se carga hasta obtener estado de rotura.
Resultados:
Momento de fisuración real menor que teórico.
Momentos últimos reales y teóricos presentan valores similares.
La fisuración se localiza generalmente en extremo inferior del muro por sobre la viga de fundación, observándose una distribución horizontal.
No se observa disminución de rigidez y resistencia en los muros. Conclusiones:
Cuantía sobre 0,25% genera uniformidad en cuanto a la distribución de grietas en altura.
Fórmula ACI 318-95 no es aplicable en muros en este caso debido a la diferencia en los momentos de fisuración (reales y teóricos).
No hubo problemas en cuanto a fallas frágiles debido a cuantías menores al mínimo.
Estudios anteriores (S. Wood) sugieren cuantías mínimas de 1% lo que se considera excesivo.
Se recomienda armadura mínima superior al 0,30% debido a distribución de grietas.
• Armadura mínima en muros de hormigón armado construidos con hormigón
de alta resistencia, sometidos a una carga cíclica. (Ref. 15).
Objetivo: Proponer recomendaciones de diseño para cuantías mínimas de armadura a flexión en muros de hormigón armado.
Se ensayan 8 muros de hormigón armado de alta resistencia (50 Mpa) con acero A63-42H de 1,4x 2,0 x 0,12m con una viga de fundación de 0,4m de ancho. Se varían las cuantías de los muros entre 0,2 y 0,3%. Las juntas de hormigonado se realizaron con tratamiento epóxico (2) y juntas normales de construcción (6).
Resultados:
Los momentos de fisuración reales son menores a los teóricos, debido principalmente por la presencia de la junta de hormigonado entre viga de fundación y muro.
Los momentos de rotura reales tienen valores cercanos a los estimados teóricamente.
La fisuración se localiza generalmente en extremo inferior del muro por sobre la viga de fundación, observándose una distribución horizontal.
Dentro de los factores que afectan los resultados se encuentran:
Concentración de tensiones: condición en la que se producen altos esfuerzos en forma localizada como resultado geométrico de la estructura.
Juntas de hormigonado.
La presencia de las juntas de hormigonado aumentan el momento de fisuración aproximadamente en un 40 % por sobre un muro que no presente juntas, principalmente porque la rigidez del muro disminuye en el caso de las juntas. Los muros con armadura concentrada son más rígidos que con armadura
distribuida ya que disipan menos energía. Conclusiones:
Debido a la concentración de tensiones y juntas de hormigonado existentes en el ensayo, los momentos de fisuración reales son menores a los teóricos.
La ecuación de armadura mínima del ACI 318-95 no es aplicable en este caso, ya que se basa en el momento de fisuración teórico, lo que entrega una cuantía excesiva de acero.
Estudios anteriores proponían que muros con cuantías menores al 1% podían presentar falla frágil. A partir de este estudio se demuestra que muros con cuantías verticales mayores al 0,2 % continúan mostrando falla dúctil.
Los muros con cuantías sobre el 0,3 % presentaron una buena distribución de grietas y fisuras (se entiende por buena distribución de grietas, que éstas se dispongan de manera horizontal en todo el alto del muro), ya que con mayor cuantía el muro es capaz de disipar mayor energía y disminuye el efecto de cuerpo rígido.
Finalmente se recomienda armadura mínima vertical no menor al 0,3 %.
• Cuantías mínimas en muros de hormigón armado con junta de hormigonado.
(Ref. 57).
Objetivo: Determinar comportamiento de muros de hormigón armado con armadura inferior a la mínima recomendado por ACI 318-99.
Se ensayan 6 muros de 1,4 x 2 x 0,12 m con armaduras entre 0,15 y 0,3 % Materiales:
Hormigón: H-30. Acero: A63-42H.
La carga es del tipo monotónica creciente hasta rotura. Resultados:
La fisuración se localiza generalmente en extremo inferior del muro por sobre la viga de fundación, observándose una distribución horizontal.
Conclusiones:
La diferencia entre los momentos de fisuración teóricos y reales se debe principalmente a la concentración de tensiones producida por la interfaz muro - viga de fundación.
Se recomienda usar cuantías sobre el 0,30% para así evitar concentración de grietas en la base del muro.
• Estudio de fisuración en losas de hormigón armado. (Ref. 12).
Objetivo: Comprender causas que originan la formación de grietas de manera de obtener algún grado de control sobre éstas.
En edificios se aprecia claramente que las fisuras aparecen en muros de gran longitud y losas. En particular para el caso de las losas esto se debe a las grandes dimensiones y restricciones en los apoyos.
Se realiza un seguimiento en terreno a 4 obras con un total de 260 losas en estudio.
Dentro de los factores físicos que inducen al proceso de fisuración se reconocen como los más influyentes:
Retracción Plástica: Se debe al cambio de volumen que experimenta la superficie del hormigón durante las primeras 12 horas de colocado. El cambio de volumen se explica por la pérdida de humedad superficial. La tasa de evaporación superficial excede velocidad de exudación, que es la tasa por la cual el agua emerge desde el interior del hormigón.
Retracción Hidráulica: El proceso consiste en constantes estados de hormigón seco y húmedo lo que conlleva a procesos de retracción y expansión del hormigón. Por lo general este tipo de fisuras atraviesan el espesor de la losa y se encuentran perpendiculares al lado largo de la losa.
Conclusiones: A continuación se muestra el grado de importancia de las variables estudiadas en el proceso de fisuración de las losas en un rango de 1 a 3 siendo 1 el grado de mayor importancia y 3 el de menor.
Tipo de Hormigón (bombeado o Normal) 1 Cuantía de Armadura 1 Tipo de Curado 1
Temperatura 2 Humedad (meses octubre a enero) 2
Viento 2 Espesor Losa 3
• Recomendaciones para el control del agrietamiento por retracción en muros y losas de hormigón armado. (Ref. 6).
Objetivo: Entregar recomendaciones con relación a disminuir agrietamiento por retracción tanto en magnitud como en frecuencia.
Obtención de información:
Control y análisis de muro experimental de 40 [m] de longitud y 3,5 [m] de alto. Entrevistas y visitas a terreno.
Literatura nacional e internacional.
Para generar recomendaciones se identifican procesos que llevan a fisuración a un elemento de hormigón armado, tales como:
Pérdida de humedad del hormigón. Variación de temperatura.
Procesos que evitan fisuración:
Disposición de juntas o recesos de hormigonado que permiten acortamiento libre del hormigón.
Usar cuantías de acero superiores a la mínima cuando se requiera un control estricto de agrietamiento.
Resultados:
Fisuras más comunes en losas que en muros Se identifican 2 tipos de retracción:
Retracción Plástica: Se produce en grandes superficies por evaporación.
Retracción Hidráulica: Se produce en elementos fuertemente restringidos en su perímetro.
En muro experimental se determina cuantía crítica para la cual la retracción hidráulica no induce fisuración de importancia (0,63 %).
Conclusiones:
El disponer de juntas y recesos de hormigonado es de gran utilidad para evitar agrietamiento por retracción hidráulica.
Se recomienda el uso de juntas cada 15 a 20 [m] en muros y 30 a 50 [m] en losas.
3.2. MODELOS A ESCALA.
• Análisis técnico y experimental de la falla de un edificio de hormigón
armado. (Ref. 45).
Objetivo: Realizar ensayos de modelos a escala 1:10 de un edificio de hormigón armado, que presentó falla frágil durante el “Terremoto Chile Central “, ocurrido en marzo de 1985, de manera de poder visualizar efectos que llevaron al colapso. Resultados:
Se observa la existencia de falla frágil, en modelos con baja cantidad de armadura en flexión.
Se aprecia una rápida pérdida de resistencia para deformaciones horizontales. En ensayos de muros con similar geometría, independiente de la cantidad de
armadura utilizada, la falla se origina en la base y se manifiesta en forma de grieta.
El modelo es capaz de sostener desplazamientos de techo del orden del 1,5% de la altura, con un extenso agrietamiento y corte de armaduras longitudinales, pero sin falla catastrófica.
Conclusiones:
El modelo es capaz de sostener grandes deformaciones laterales y agrietamiento mayores a los del edifico real, por lo que se afirma que las condiciones entre modelo y estructura real presentan diferencias.
Dentro de las diferencias se menciona que el modelo es cargado de forma monotónica, y no dinámica.
No se pudo deducir claramente el origen de la falla del edificio real, ya que no se logra reproducir el fenómeno ocurrido en el edificio real.
La baja cuantía de armadura a flexión se traduce en un modo de falla indeseable, al cortarse la armadura traccionada frente a desplazamientos laterales posibles de ocurrir en un terremoto severo.
• Análisis técnico y experimental de un modelo a escala (1:10) de un edificio de hormigón armado. (Ref. 46).
Objetivo: Ensayar un modelo 1:10 de un edificio de hormigón armado, observando como prevenir la falla frágil en flexión que ocurre al cortarse la armadura longitudinal.
Se realiza un modelo a escala del edificio “El Faro” ubicado en Reñaca, Viña del Mar, que como principal característica presenta muros aislados.
El proceso de ensayo consiste en probar 6 probetas del muro a escala 1:10 que resulta más dañado del edificio real por el sismo “Terremoto Chile Central” ocurrido en el año 1985, para luego ensayar el modelo completo del edificio en estudio. Resultados:
Se observa la existencia de falla frágil, en modelos con baja cantidad de armadura en flexión, para desplazamientos laterales del orden del 1,8% de la altura.
Se aprecia una rápida pérdida de resistencia para deformaciones horizontales para deformaciones del orden del 0,6% de la altura.
En ensayos de muros con similar geometría, independiente de la cantidad de armadura utilizada, la falla se origina en la base y se manifiesta en forma de grieta.
El modelo es capaz de sostener desplazamientos de techo del orden del 1,5% de la altura, con un extenso agrietamiento y corte de armaduras longitudinales, pero sin falla catastrófica.
Conclusiones:
El modelo es capaz de sostener grandes deformaciones laterales y agrietamiento mayores a los del edifico real, por lo que se afirma que las condiciones entre modelo y estructura real presentan diferencias.
Dentro de las diferencias se menciona que el modelo es cargado de forma monotónica, y no dinámica.
No se pudo deducir claramente el origen de la falla del edificio real, ya que no se logra reproducir el fenómeno ocurrido en el edificio real.
• Ensayo de un modelo a escala 1:10 de un edificio de hormigón armado. (Ref. 56).
Objetivo: Describir y analizar los resultados del ensayo de un modelo a escala reducido 1:10 del sistema sismorresistente del edificio “Villa Real”, ubicado en la ciudad de Viña de Mar, en dirección norte – sur.
Se compara relación entre deformación lateral y ductilidad de curvatura en la base con el daño observado.
Antecedentes del edificio real: posee diez pisos y un subterráneo, formado con un sistema de muros conectados con vigas y losas de hormigón armado en todos sus pisos, con fundación tipo losa de fundación de 70 [cm] de espesor. Se conoce historia, detalle de diseño y reparación post sismo “Terremoto Chile Central” año 1985”, presentando daños ligeros.
Conclusiones:
Los ensayos experimentales pueden ser incorrectamente definidos por métodos numéricos (respuesta carga – deformación).
La rigidez, resistencia y capacidad de disipar energía, excede requerimientos de Nch 433 of 72 en un 26%.
Los muros presentan comportamiento dúctil a flexión.
El modelo logra predecir el mecanismo de colapso real de la estructura, niveles de desplazamiento, corte de fluencia y falla de elementos dentro de éste.
3.3. MATERIALES.
• El Control de Calidad del Hormigón preparado para las Obras Chilenas. (Ref. 18).
Objetivo: Reestudiar la actual situación, referente a la evaluación estadística de la calidad del hormigón empleada en obras civiles.
Se analizaron trabajos ejecutados en IDIEM ejecutadas entre 1990 y 1996.
Se relacionaron lotes de hormigones premezclados de 2 empresas nacionales y se analiza el cumplimiento de la norma Nch 1998 of 89 y la norma ACI 318-95. Se estudian 3 métodos de análisis alternativos al propuesto:
Evaluación por Parcialidades: Nch 1998 of 89. Resultado aceptable pero presenta deficiencias conceptuales.
Evaluación por total de muestras: Nch 1998 of 89. Se considera inapropiada para este tipo de experiencia.
Método ACI 318-95: Muestra un funcionamiento satisfactorio y se recomienda una alternativa al propuesto.
Características del hormigón estudiado: es del tipo premezclado relacionado a 2 de las principales plantas del país (se desconoce los nombres de las plantas). Se realiza una estimación de la resistencia a los 28 días del hormigón (R28) a partir de la obtención del valor de la resistencia a una edad menor.
Se estudia la relación existente entre R3 – R28 y R7 – R28 obteniéndose resultados satisfactorios en ambos casos. Para tal efecto se obtienen rectas que predicen el comportamiento a los 28 días por medio de regresiones lineales.
Al comparar con estudios anteriores se muestra cierto rango de concordancia con alguno de ellos.
• Trabajabilidad de hormigones: método práctico de terreno utilizando mesa
DIN 1048. (Ref. 4).
Objetivo: Utilizar método práctico y eficaz de estudio para medir trabajabilidad del hormigón fresco, tanto en laboratorio como en terreno.
Variables Consideradas: Cantidad agua amasado.
Tamaño máximo árido grueso. Dosis de cemento. Granulometría de áridos. Aditivo superplastificante. Adición microsílice. Conclusiones:
Resultados indican ensayo sensible a cambios de dosificación. La trabajabilidad va a depender de aspectos tales como:
Tipo de construcción.
Tipo de equipos de transporte y consolidación.
Es un ensayo dinámico. Se hace más representativo las operaciones de vaciado y colocación en obra. Entrega más detalle de trabajabilidad que Cono de Abrams.
Se podrán clasificar hormigones con distintas cualidades:
Mejores hormigones para ciertas técnicas de vaciado o colocación sin que ocurra segregación.
Mejores respuestas a diversas técnicas de compactación y bombeo. Se puede medir en terreno durante tiempo de espera la trabajabilidad
CAPÍTULO 4
DESARROLLO DE TRABAJOS
ANALÍTICOS
DESARROLLO DE TRABAJOS ANALITICOS 4.1. ESTRUCTURACION.
• Análisis de un edificio de 60 pisos de hormigón armado con arrostramientos diagonales. (Ref. 11).
Objetivo: Analizar un edificio de 60 pisos compuesto por muros de hormigón armado en el núcleo, un perímetro de marcos rígidos de hormigón armado y con diagonales en diferentes niveles de su fachada, las que se estudian tanto en acero como en hormigón.
Datos del Edificio:
Altura entrepiso: 3,24 m
Altura Sobre Nivel: 194,4 m (60pisos) Altura Subterráneos: 19,4 m (6 pisos) Se analizan distintas solicitaciones: Viento: NCh 432 Of 71
Viento: ASCE7 – 95 Sismo: NCh 433 Of 96
Se considera en caso de sismo corte basal mínimo en primer piso.
Las diagonales de la estructura permiten mejorar el comportamiento, logrando deformaciones y esfuerzos controlados, pero las aceleraciones son mayores, por lo que se recomienda el uso de amortiguadores para disipar energía.
Resultados:
El sismo provoca mayores solicitaciones, por lo que la norma de viento ASCE7 -95 no provoca cambios de diseño.
La situación de mayores solicitaciones se revierte a favor del viento, si no se considera amplificación sísmica exigida para cumplir requerimiento de corte basal mínimo o si se considera el corte basal a nivel de las fundaciones.
Al realizar un perfil Bio-Sísmico se obtienen valores dentro del rango establecido por la NCh 433 Of 96, por lo que se entiende que el edificio no presenta problemas de rigidez ni de estructuración. Los desplazamientos máximos de entrepiso son normales.
Las diagonales se diseñan finalmente en acero rellenas con hormigón al interior para mejorar la respuesta al fuego, ya que se hace más práctico en el sentido de
Al aplicarle al edificio el registro sísmico de Llolleo en ambos sentidos, se comprueba que el edificio presenta deficiencias pues existen incursiones en el rango no lineal.
Las deformaciones de piso tanto por viento como por sismo presentan valores similares y se encuentran dentro de los valores aceptables.
Al momento de evaluar los cortes por piso, los valores sísmicos son mucho mayores.
Al comparar la respuesta debida al espectro de la NCh 433 Of 96 y registro LLolleo, se observa que aunque los desplazamientos del segundo caso en sentido X, son un 45 % mayor se mantienen dentro de lo establecido por la norma. En cambio en el sentido Y (lado débil) las deformaciones aumentan en un 350 % lo que claramente sobrepasa lo máximo requerido.
Al verificar el comportamiento con el método Estático no Lineal (Capacidad Demanda) se reflejan ductilidades globales de 1,3 lo que representa un daño muy leve.
• Análisis estructural de un edificio alto con hormigón de alta resistencia. (Ref. 52).
Objetivo: Determinar la factibilidad técnica y económica de proyectar un edificio alto con hormigón de alta resistencia, dada la experiencia chilena en la fabricación de estos hormigones.
El estudio se realiza sobre un edifico de 30 pisos y 2 subterráneos, plantas regulares, caracterizado por marcos rígidos y muros concentrados en núcleo central.
Materiales:
Hormigón H-40 para diseño preliminar con hormigón normal.
Hormigón H-80 para diseño de alta resistencia variando espesores de muros. Para ambos diseños se cumplen los desplazamientos mínimos y máximos de NCh 433 of 96.
Diferencias en ahorro de materiales y costo entre opciones (base hormigón alta resistencia): Materiales: Acero armaduras: - 22,26 % Hormigón: - 16,01 % Superficie Disponible: + 0,89 % Costos: Acero armaduras: - 22,26 % Hormigón: +58,39 %
Costos Totales: + 12,81 %
Conclusión: Pese a que el costo total del edificio es mayor, la estructura con hormigón de alta resistencia tiene una disminución en su peso de un 11 % respecto al edificio con hormigón de resistencia considerada normal, lo que frente a la construcción en altura es de gran utilidad. Además el edificio con hormigón de alta resistencia presenta una mayor superficie disponible ya que los muros son de menor espesor.
• Comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros y pórticos de hormigón armado. (Ref. 24).
Objetivo: Estudiar el efecto de la reducción de planta en altura, fenómeno conocido como “set back”, y de la rigidez relativa entre pórtico y muro en el comportamiento de edificios estructurados con muros y pórticos.
Se seleccionan cuatro edificios básicos y se les reduce la planta en un 50% y 75%, luego a cada uno se le reduce la planta en altura en un 25% y 50%, resultando veinticuatro estructuras distintas.
Para el estudio de la rigidez relativa, entre pórticos y muros, se seleccionan ocho de las veinticuatro combinaciones de estructuras utilizadas para el estudio del fenómeno de “set back”, a los cuales se les aumenta el espesor de los muros al doble o disminuye a la mitad, resultando finalmente cuarenta combinaciones en total.
Los análisis sísmicos consideraron los siguientes registros: Dos chilenos, Llolleo N10E, Viña del Mar S20W.
Tres extranjeros, Sylmar 00, Dulce 90, Taiwán 068. Uno artificial.
Conclusiones:
La distribución de desplazamientos inelásticos en alturas es creciente.
El desplazamiento máximo de techo para todos los modelos se encuentra en el nivel superior.
Para registros sísmicos chilenos el desplazamiento de techo se asemeja al desplazamiento máximo elástico. Para los registros sísmicos extranjeros el desplazamiento se amplifica.
En general los drifts de entrepiso no presentan problemas en ningún de los cuarenta modelos estudiados.
El momento y corte máximo se concentran preferentemente a nivel de “set back·”, superando en ocasiones los esfuerzos de primer piso, lo que indica que esa zona debe ser reforzada.
• Estudios de la respuesta de un edificio alto ante un terremoto intraplaca de magnitud Ms=8.0 en la ciudad de Santiago. (Ref. 32).
Objetivo: Estudiar como sería la respuesta de edificios altos ante un terremoto intraplaca de máxima magnitud con epicentro en Santiago.
Se estudia la respuesta de un edificio representativo, de última generación, 30 pisos o más., construidos con una planta conformada estructuralmente por un núcleo de muros de hormigón armado y marcos perimetrales en ambos sentidos hasta el perímetro.
En este trabajo, son de interés los sismos subductivos ocurridos en Chile con epicentro continental (sismos intraplaca de profundidad intermedia).
El sismo sintético que se presenta en este trabajo, corresponde a una simulación de lo ocurrido en Chillán en el año 1939 con Ms=8.0.
El edificio de hormigón armado estudiado, ubicado en Santiago, consta de una estructuración mixta de marcos y un núcleo de muros resistentes al corte, de treinta pisos (aproximadamente 100 [m] de altura) y cinco subterráneos. El período fundamental de la estructura es de T*=3,18 [s].
Para determinar los desplazamientos demandados por el sismo para el último piso se utiliza método capacidad – demanda. Con esto se determina la razón de amortiguamiento efectivo para efectuar un análisis lineal que reproduzca en forma aproximada lo que ocurriría ante un análisis no lineal.
Conclusiones: El edificio presenta respuesta excelente frente a la acción del sismo sintético, presentando fluencia en algunos elementos, pero las grandes aceleraciones de piso muestran que los elementos secundarios adheridos a la estructura tienen daño, tema que debe ser mejor considerado en la norma actual.
• Evaluación del comportamiento sísmico de edificios con cambios bruscos
de rigidez en la vertical. (Ref. 14).
Objetivo: Evaluar la potencialidad de la actual norma de análisis sísmico para detectar estructuras peligrosas, y restringir la aplicación de métodos existentes. Se eligen tres edificios de diez pisos con grandes variaciones de rigidez vertical. Edificio uno: piso uno al cinco estructurado en base a muros, piso seis al diez
Edificio dos y tres: piso uno al cinco estructurado en base a marcos, piso seis al diez estructurado en base a muros (piso blando).
El diseño de los edificios se realiza de manera de cumplir los requerimientos de la NCh 433 of 93, y se compara con NCh 433 of 72.
Conclusiones:
Para la NCh 433 of 72, las distribuciones de corte y momento en la vertical, son parecidas a las obtenidas en estructuras regulares, pero los desplazamientos laterales absolutos entre pisos consecutivos, se concentran entorno a variaciones bruscas de rigidez.
Las estructuras con variaciones bruscas de rigidez en la vertical, requieren de métodos de análisis diferentes a especificados en la norma, destacándose la posibilidad de análisis incremental, ya que permite determinar de mejor manera la capacidad de deformación y resistencia.
La norma no detecta la alta peligrosidad de daños para estructuras diseñadas luego de realizar análisis incremental a estructuras.
• Evaluación del comportamiento sísmico de un edificio de muros de
hormigón armado. (Ref. 39).
Objetivo: Comprobar si es posible mantener el daño controlado en una estructura manteniendo los desplazamientos laterales bajo ciertos límites ante un sismo de diseño.
Se evalúa el desempeño de un edificio ante registros de terremotos de distintas magnitudes:
Viña del Mar S20 W. Llolleo N10 E.
Kobe JMA. Sylmar N00 E.
Michoacán (Ciudad de México).
Se elige un edificio de doce pisos estructurado con muros de hormigón armado en condiciones de suelo tipo III y zona sísmica 3. Espesor de losa: 13 [cm], altura de piso: 2,6 [m] y altura total: 31,6 [m]. A partir de este edificio base, se generan dos estructuras de distinta resistencia ante acciones laterales.
La estructura se diseña por medio de tres métodos: Método de desplazamientos.
Resultados:
Se observa el índice drm (deformación de entre piso) según registro sísmico Viña del Mar S20 W, para cada método obteniéndose:
0,68% según requerimientos de NCh 433 of 96. 0,71% por método de desplazamientos.
0,77% por diseño con método aproximado. Conclusiones:
La demanda de deformación a nivel global es similar en ambas estructuras.
La incursión en el rango no lineal es leve, pero es conveniente confinar los bordes de los muros, para entregar mayor ductilidad.
Por medio del diseño por resistencia (NCh 433 of 96), se aprecia una concentración de esfuerzos no lineales en la base. En el caso del diseño por desplazamientos (menor resistencia), el daño se propaga en altura en los muros. Especificando el grado de daños a un nivel global, se puede concluir que los
daños observados en cada método son de un orden similar, y de magnitud aceptada.
• Evaluación del efecto de la resistencia a acciones laterales en la respuesta sísmica de edificios de hormigón armado. (Ref. 13).
Objetivo: Analizar el efecto de la resistencia frente a acciones laterales en la respuesta sísmica de la estructura.
La estructura corresponde a un edifico de diez pisos en base a muros de hormigón armado. Se diseña para dos zonas sísmicas y dos tipos de suelos, obteniéndose finalmente tres estructuras con diferente resistencia a acciones laterales.
Para el proceso de análisis se aplican pulsos de aceleración de duración definida, en desmedro del registro sísmico completo.
Los registros sísmicos utilizados son:
Registros nacionales: Llolleo N10 E, Viña del Mar S20 W. Registros extranjeros: Sylmar, N00 E y Kobe (JMA). Conclusiones:
Los desplazamientos laterales que se obtienen son similares en todos los casos estudiados.
La relación entre fuerzas provenientes de la deformación (externas e internas), son similares.
La duración de los movimientos fuertes no parece tener una importancia relevante, si el resto del registro no tiene pulsos largos de aceleración.
Si el registro posee varios pulsos largos, es importante dotar a la estructura de una resistencia adecuada.
• Evaluación y comparación del comportamiento sísmico de edificios estructurados con marcos y muros de hormigón armado. (Ref. 17).
Objetivo: Comparar la respuesta sísmica de un edificio de hormigón armado de doce pisos estructurado con marcos, con otro similar pero estructurado con muros. Además se comparan demandas de ductilidad, disipación y absorción de energía.
Al análisis se realiza por medio de NCh 433 of 96 y el diseño con ACI 318-95. Registros sísmicos utilizados:
Registros nacionales: Llolleo N10 E, Viña del Mar S20 W.
Registros extranjeros: Sylmar, N00 E, Kobe (JMA) y Michoacán (Ciudad de México).
El modelo se sitúa en zona sísmica 3 y suelo tipo II, y los materiales son: hormigón H-35 90C, acero A63-42H.
Conclusiones:
La estructura de marcos, presenta un buen comportamiento para registros de sismos chilenos. Presenta baja incursión no lineal en vigas y columnas, con respuesta casi lineal, sin daños aparentes, incluso en la base. Sí presenta problemas para registros de sismos extranjeros, donde la incursión no lineal es significativa.
Para el caso de estructuración de muros, no se observa ningún problema, incluso con registros extranjeros.
El análisis no lineal en muros deja en evidencia la necesidad de incorporar el método de diseño por capacidad, ya que la armadura al corte queda controlada por requerimiento de armadura mínima del ACI 318-99.
Finalmente se afirma que el daño en marcos es mayor que en muros.
• Influencia de la densidad de muros y reducción de rigidez en pisos inferiores en el comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros y pórticos de hormigón armado. (Ref. 23).
Objetivo: Estudiar la influencia de la variación de la densidad de muros y de la reducción de rigidez a nivel basal en el comportamiento sísmico inelástico de edificios que poseen una estructuración mixta de muros y pórticos de hormigón armado.
rigidez en los dos primeros pisos sea menor a la rigidez de piso del resto del edificio. La razón de rigidez basal frente al resto de los pisos fluctúa entre un 0,255 y 0,818.
Conclusiones:
La distribución de desplazamientos, drifts de entrepiso y aceleraciones de piso están directamente relacionados con la densidad de muros, lo que significa que a mayor densidad de muros los desplazamientos disminuyen y las aceleraciones aumentan.
La distribución de desplazamientos inelásticos en altura son crecientes.
El desplazamiento máximo de techo para todos los modelos se encuentra en el nivel superior.
• Influencia de la razón de aspecto de los muros y reducción de rigidez en
pisos inferiores en el comportamiento sísmico inelástico de edificios de hormigón armado. (Ref. 41).
Objetivo: Analizar el comportamiento inelástico de modelos de edificios estructurados con muros de hormigón armado.
Objetivos Específicos:
Analizar el efecto de la variación de la razón de aspecto (espesor y largo), disminuyendo la longitud de muros en planta, manteniendo la densidad de muros constante.
Analizar la disminución de rigidez en muros de primeros pisos, disminuyendo espesor de muros en primer y segundo piso.
Se estudian diez modelos de edificios de muros sin viga de acoplamiento, usados anteriormente en otros trabajos. Adicionalmente se obtienen ocho nuevos modelos debido a la división de muros en planta y luego se adicionan otros doce modelos para observar el efecto de variación de rigidez en primeros pisos.
Para el análisis de los edificios se utiliza el programa LARZD 3, con el cual se obtiene: desplazamientos, drifts de entrepiso, drifts de techo, aceleraciones, cortes basales, momentos basales, daños por flexión y corte del análisis inelástico.
Para el desarrollo del análisis sísmico se utilizan los siguientes registros. Tres extranjeros (Sylmar 00, Dulce 90, Taiwán 068).
Dos chilenos (Terremoto Central 1985: Llolleo N10E, Viña del Mar S20W). Un artificial (NCh 433 of 96, zona sísmica 3, suelo tipo III).
Para el diseño de los modelos se usa el análisis de superposición modal espectral de la norma NCh 433 of 96.
Resultados:
Desplazamiento de techo: es creciente en altura y se observa que el desplazamiento se presenta en dos formas: línea recta y “S” ascendente. Además se aprecia mayor número de incursiones inelásticas para registros sísmicos extranjeros.
Drifts de entre piso: Los valores máximos se encuentran generalmente por sobre los dos tercios de altura del edificio.
Aceleración de piso: La aceleración máxima se encuentra en el último piso exceptuando casos realizados con registros extranjeros, donde los máximos se encontraban en primeros pisos.
Conclusiones:
Los edificios que presentan menores longitudes de muros, pueden presentar daños severos, ya que estructuras con primeros pisos blandos, tienden a concentrar los daños en estos pisos. Se recomienda mayores densidades de muros, cumpliendo NCh 433 of 96, en cuanto a limitaciones de drifts de entrepiso (0,2 %).
• Proyecto de refuerzo para un edificio de marcos de hormigón armado. (Ref. 10).
Esta memoria se divide en dos partes:
Objetivo parte uno: Se estudia la estructura existente, de manera de simular las deficiencias que presentan los elementos estructurales, principalmente en lo que respecta al corte de columnas que pueda llevar a un colapso frágil de la estructura, por lo que se verifican los requerimientos del capítulo 21 del código ACI 318-99. Se realiza un análisis modal espectral de acuerdo a la norma NCh 433 of 96, determinándose la demanda de desplazamientos laterales y resistencia requerida. Además se efectúa un análisis no lineal de la estructura existente, mediante análisis incremental para evaluar la capacidad de deformación y de resistencia de la estructura.
Objetivo parte dos: Se realiza el mismo análisis de la parte anterior proponiendo una alternativa de refuerzo consistente en la incorporación de muros perimetrales e interiores, con el fin de reducir la demanda de desplazamientos, cumpliendo requerimientos de NCh 433 of 96.
Datos estructura existente:
Deficiencias estructurales:
Posible falla al corte en columnas a bajas demandas de deformaciones. Deficiencias en longitudes de anclaje.
Corrosión en estribos, verificada a la vista en ciertas zonas. Existencia de nudos sin armadura transversal.
Conclusiones: El análisis del edificio sin refuerzos permite verificar que ciertos elementos estructurales no presentan la ductilidad adecuada requerida por norma vigente, lo que indica que no es capaz de formar un mecanismo por flexión, siendo la falla por corte la que prevalece. Esto induce a falla frágil, lo que hace necesario el refuerzo indicado en segunda alternativa, que asegura un estado de servicio adecuado para el uso de este edificio.
• Requerimientos de ductilidad en edificios de marcos. (Ref. 16).
Objetivos:
Determinar demandas de deformación y ductilidad en edificios utilizando ciertos registros predeterminados.
Determinar la capacidad de deformación que se logra en marcos al aplicar las disposiciones del cap. 21 del ACI 318-99, tratándolos como marcos especiales y comparados con la capacidad de deformación al considerar las armaduras de confinamiento requerida en un marco intermedio.
Evaluar resultados de métodos aproximados, para determinar las demandas de desplazamientos de edificios.
La diferencia principal en tratar el marco como intermedio está en la no obligatoriedad de asegurar que las columnas sean más resistentes que las vigas para evitar la formación de un piso blando, ya que la presencia de muros permite que algunas columnas pudieran fluir.
Por otra parte, como los marcos intermedios están permitidos en zonas de riesgo sísmico moderado, las armaduras de confinamiento son menores que las recomendadas para marcos especiales. La norma NCh 433 of 96 permite tratar los marcos de sistemas mixtos como intermedios si se cumplen algunas condiciones establecidas en función del corte basal que toman los muros.
Se aplican criterios basados en desplazamientos para decidir grado de confinamiento que deben tener los elementos de marcos de sistemas mixtos.
Registros sísmicos utilizados:
Registros nacionales: Llolleo N10 E, Viña del Mar S20 W.
Registros extranjeros: Michoacán (ciudad de México), Sylmar, N00 E y Kobe (JMA).
Los análisis dinámicos no lineales se realizan por medio del programa RUAUMOKO.
Se analizan tres edificios de seis, doce y veinte pisos. Materiales:
Acero: A63-42H. Hormigón: H 35. Suelo tipo III. Zona sísmica 3. Conclusiones:
Para los registros sísmicos nacionales los edificios de doce y 20 pisos presentan ductilidades similares. Para edificio de seis pisos, la ductilidad es mayor, pero aún es bajo, considerando la ductilidad disponible en elementos estudiados. La armadura de confinamiento entregada por capítulo 21.1 del ACXI 318-99,
entrega una ductilidad adecuada, pero parece razonable lo que se dicta en el apéndice B de la Nch 43 of 96, en cuanto a tratar este tipo de marcos como especial, ya que es prudente evitar formación de piso blando.
Los registros de sismos internacionales son más destructivos, por lo que es necesario confinar según capítulo 21 del ACI 318-99.
Los métodos aproximados para estimar desplazamientos, en general entregan resultados aceptables comparando con resultados obtenidos por medio de métodos tradicionales.
• Un criterio basado en desplazamientos para determinar armaduras de
confinamiento en elementos de marcos. (Ref. 31).
Objetivo: Proponer una metodología de diseño basada en desplazamientos, que permita decidir cuándo los elementos de marcos de sistemas mixtos de hormigón armado, deben ser diseñados como intermedios o especiales.
El método se aplica a edificios mixtos de seis, doce y veinte pisos, estructurados con muros y marcos, diseñados según requerimientos de resistencia de NCh 433 of 96.
Se incluyen condiciones adversas al diseño como suelo blando y zona de mayor sismicidad.
Conclusiones:
Para los casos estudiados la ductilidad de los marcos sin confinamiento especial fue suficiente para llegar al desplazamiento lateral que `produce la falla en el muro.
En los edificios analizados, la presencia de los muros otorga una gran rigidez y resistencia ante cargas laterales, permitiendo responder con pocos daños ante terremotos severos.
En todos los registros analizados la mayor parte de la respuesta inelástica se concentra en la base de los muros, con pequeñas incursiones en el rango no lineal en vigas y con respuestas bajo el límite de fluencia para columnas casi en la totalidad de los casos.
• Validez del modelo de diafragma rígido en edificios con losas prefabricadas. (Ref. 1).
Objetivo: Analizar el comportamiento sísmico que presentan los edificios cuyos diafragmas son construidos en base a losetas prefabricadas, a fin de evaluar la validez de modelos de análisis que consideran las losas de piso como diafragma rígido y su consiguiente distribución de esfuerzos a los ejes resistentes.
Se analizan y comparan distintos modelos de edificios con losas modeladas como diafragma rígido, respecto a los mismos modelados de manera flexible.
Los edificios analizados se caracterizan por tener diferentes razones de aspecto, número de pisos, estructuración y excentricidad. Con esto se logra determinar en cuáles estructuras las losas son susceptibles de comportarse en forma flexible. Conclusión: La flexibilidad de la losa no depende del tipo de sistema de piso seleccionado, sino más bien de la razón de aspecto (largo / ancho) de la planta y rigidez lateral del edificio. A mayor razón de aspecto, mayor flexibilidad.
4.2. EFECTO DE ACCIONES VERTICALES.
• Efecto de la incorporación de la componente vertical del sismo en el
comportamiento elástico de edificios tridimensionales. (Ref. 44).
Objetivo: Analizar parámetros principales que controlan el comportamiento elástico de estructuras por movimientos sísmicos, considerando tres componentes: dos horizontales y una vertical.
Se analizan máximas respuestas elásticas resultantes de análisis historia de respuesta en el tiempo (HRT).
Se estudian ciento treinta y cinco modelos de edificios simples de un piso de diferentes plantas, caracterizadas por período de vibración lateral, período vertical, excentricidad de rigidez en planta, razón de aspecto (ancho / largo) de la planta y condiciones de borde de diafragma de piso.
El sismo vertical genera fuerzas axiales en columna hasta 3,3 veces superiores a las fuerzas axiales provenientes de cargas estáticas gravitacionales, con gran influencia del sismo actuante.
Las solicitaciones horizontales y verticales del sismo actuando simultáneamente, generan fuerzas axiales en columnas de 4,4 veces superiores las fuerzas axiales resultantes de una solicitación sísmica en una dirección.
La combinación resultante de la aplicación de las tres componentes del sismo en forma independiente (raíz de suma de cuadrados, SRSS) resulta ser la más adecuada.
Conclusiones:
La existencia de vigas de contorno (dirección transversal y longitudinal) evitan grandes aumentos de las respuestas en losas, respecto a respuesta ante cargas estáticas gravitacionales.
La acción del sismo en tres componentes en forma simultánea, genera mayores desplazamientos que los producidos por la solicitación sísmica unidireccional horizontal. En casos particulares se alcanza hasta un 40% de diferencia.
• Estudio del efecto de la deformación plástica en edificios altos de hormigón armado. (Ref. 33).
Objetivos:
Comparar dos métodos propuestos para el cálculo de la deformación total vertical, durante el tiempo de construcción, Park & Paulay y Colaco (en un edificio alto).
Analizar deformaciones verticales de las columnas, producto de la fluencia lenta del hormigón a largo plazo.
Determinar la importancia del proceso de creep a largo plazo del hormigón. Cuantificar las variaciones de los esfuerzos de momentos en las vigas de un
edificio alto de hormigón armado, debido a las deformaciones a largo plazo en vigas y columnas.
Resultados:
Módulo de elasticidad en hormigón sufre disminución debido a fluencia de cargas permanentes.
Valor del creep tiene forma asintótica, es decir, parte con variaciones grandes y luego con el tiempo tiende a estabilizarse a un valor constante.
Deformación total incluida creep a largo plazo, es mucho mayor que la deformación elástica, haciéndose mayor la diferencia a medida que aumenta la altura del edificio.
Deformaciones en los extremos son mayores que en el centro del edificio (fenómeno alas caídas).
Conclusiones:
A medida que la altura del edificio aumenta, las deformaciones acumuladas aumentan.
La variación del módulo de elasticidad en los elementos del edificio (principalmente columnas), representa un efecto de fluencia lenta de las columnas, que en el largo plazo (5 años) hay que considerar.
El no considerar el efecto de fluencia lenta en edificios altos de hormigón armado puede llevar a agrietamientos en elementos secundarios, tales como en cerámicos de las losas, muros cortina y tabiques.
4.3. DETALLAMIENTO.
• Comparación del diseño de armaduras en muros de hormigón armado con
singularidades geométricas mediante método puntal tensor y elementos finitos. (Ref. 53).
Objetivo: Comprender el comportamiento de diferentes configuraciones de muros de edificios altos, frente a las solicitaciones que se encuentran actuando en él, y poder determinar la armadura que se necesita para resistirlas, en especial, en zonas singulares geométricas como: perforaciones de puertas y ventanas en pisos inferiores de edificios altos de hormigón armado, donde se produce gran concentración de tensiones.
Se analizan 24 casos de muros analizados por ambos métodos (puntal tensor y elementos finitos). Se determinan las armaduras requeridas según cada uno de los 2 criterios empleados.
ACI 318-02 puntal tensor (apéndice A). ACI 318-99 elementos finitos.
Resultados:
El método Puntal - Tensor requiere aproximadamente un 55 % más de armadura. La flexión controla el diseño Puntal - Tensor, entonces se deben disponer
importantes armaduras concentradas en bordes de las perforaciones.
Con elementos finitos predomina el corte en el comportamiento de los muros. Los mayores requerimientos son del tipo distribuido, especialmente en el sentido vertical entre perforaciones superiores e inferiores.
Conclusión: Se recomienda el uso del método de elementos finitos, ya que en edificios altos, el comportamiento por lo general se encuentra dentro del rango elástico, por lo que este análisis es más representativo de la realidad y entrega menor cantidad de armadura.
• Efectos de una reducción de la armadura por flexión en el comportamiento
sísmico de dinteles. (Ref. 47).
Objetivos:
Analizar el comportamiento sísmico de modelos conformados por dos muros acoplados por un dintel cuando la armadura requerida por flexión se reduce a la mitad de lo calculado de forma tradicional.
Conocer las características de los dinteles usados normalmente en Chile. Analizar el comportamiento sísmico de dinteles según el código ACI 318-02. Evaluar comportamiento sísmico de un modelo simplificado de muros acoplados
Se utiliza análisis modal espectral de NCh 433 of 96 y se diseña por medio de ACI 318-02 con disposiciones especiales de diseño de capítulo 21.
Los modelos son sometidos a un análisis estático no lineal o “push over”. Se comparan índices de ductilidad por curvatura (acortamiento del hormigón y alargamiento del acero).
Resultados:
A medida que aumenta el número de pisos, las diferencias (ductilidad, acortamiento de hormigón y alargamiento de acero) entre dinteles con su 100% de armadura a flexión comparado con dinteles con 50% de armadura a flexión disminuyen.
Se aprecian dos puntos de fluencias características: fluencia del dintel y luego primera fluencia muro basal.
Conclusiones;
Los desplazamientos asociados al primer punto de fluencia con 100% de armadura a flexión y 50% de armadura a flexión presentan diferencias entre 20% y 40%.
Al comparar las ductilidades de los elementos con armaduras a flexión de 100% y 50%, éstas aumentan la diferencia en altura.
La energía disipada es mayor en el caso de dinteles con 50% de la armadura en flexión.
• Estudio del traspaso de esfuerzos en algunos nudos complejos de
estructuras de hormigón armado. (Ref. 30).
Objetivo: Obtener mediante distintos métodos los esfuerzos transmitidos por nudos complejos de edificios de marcos de hormigón armado, de manera de deducir una mejor disposición de la armadura.
Los nudos presentan características poco usuales y requieran un análisis más acabado para la determinación de traspaso de esfuerzos en el interior de ellos. Se utilizan 3 métodos de análisis:
Modelo de barras. Modela la estructura mediante barras flexibles y se resuelve por método de rigidez.
Método de elementos finitos. Se construye malla en la estructura analizada donde se identifican nodos y elementos (análisis de traspasos virtuales), se compatibilizan las deformaciones en los nodos de cada elemento con respecto a las adyacentes. Se busca equilibrio (posición de mínima energía).
Método Puntal tensor: Se identifican 2 regiones, B y D. B cumple hipótesis de Bernoulli (secciones planas se mantienen planas). En D existe discontinuidad
(Principio de Saint Venant), se extiende una distancia igual a la altura de la sección de cada elemento.
Conclusiones:
Método puntal tensor presenta buenos resultados para modelar el interior de nudos complejos y traspasos en estructuras simples. Se considera en este caso el flujo de las tensiones y la forma en que se realiza el traspaso de esfuerzos. Se comprueba que al no utilizar el método puntal tensor se omiten fuerzas y
4.4. FUNDACIONES.
• Influencia de la fundación en los esfuerzos que se desarrollan durante un
sismo en un edificio de hormigón armado y en el suelo. (Ref. 49).
Objetivo: Evaluar analíticamente los esfuerzos que se desarrollan durante un sismo en muros, columnas y en elementos que forman parte de la fundación de un edificio de hormigón armado y las tensiones y deformaciones del suelo inmediatamente bajo ellos.
La metodología convencional no considera posibles deformaciones a nivel de sello de fundación, ni aumento del período del sistema sobre el suelo deformable.
El edificio estudiado corresponde a una estructura de diez pisos formada de forma mixta con un sistema de muros y marcos, con distintos tipos de fundación. Los materiales son: hormigón H 25, acero A63-42H.
La fundación corresponde a zapatas bajo muros unidas por vigas de fundación, sumado a una losa de fundación con vigas atiesadoras y losas planas.
Los elementos estructurales considerados presentan comportamiento no lineal y el suelo se modela de tres formas: modelo lineal – elástico, modelo lineal inelástico y modelo no lineal.
Los registros utilizados para el análisis son Viña del Mar S20 W y Kobe JMA. Conclusiones:
La existencia de deformaciones en el suelo de fundación y rotación de las bases de los muros, producen una disminución de esfuerzos basales, con respecto a valores con base empotrado.
En ejes con muros y columnas, la rotación de las bases de los muros provoca transferencia de esfuerzos de muro a columna.
La rotación aumenta los esfuerzos en los pisos superiores.
El hecho de suponer base empotrada es suficiente para satisfacer la demanda sísmica derivada del registro Viña del Mar S20 W.
Las deformaciones del suelo de fundación produce un aumento de los desplazamientos horizontales y giros de muros y columnas en pisos inferiores. En los pisos superiores se observa una disminución de los giros.
Los distintos modelos de comportamiento del suelo de fundación, entregan un comportamiento similar, por lo que se puede usar el modelo más simple (modelo lineal).
Los asentamientos de suelo bajo la fundación están relacionados con pulsos fuertes del registro de entrada.
Al usar la NCh 433 of 93, se tiende a sobredimensionar muros y vigas de fundación, pero se puede subestimar los esfuerzos reales en columnas.
• Influencia de la rigidez de las fundaciones en un edificio sin subterráneos. (Ref. 37).
Objetivo: Analizar el comportamiento estructural de los diferentes elementos, tales como vigas, columnas y muros en un edificio sin subterráneos, al considerar la influencia de la rigidez de las fundaciones en su modelación.
Edificio en estudio:
Edificio del Pacífico: Estructurado con marcos perimetrales y núcleo central de muros, unidos mediante vigas de grandes dimensiones. Obs: se considera sin subterráneos.
Método de diseño:
Se modela el edificio considerado empotrado en su base (rigidez infinita en apoyos). Con esto obtienen esfuerzos que recaen en el sistema de fundación, con lo que se pueden diseñar.
Se ingresan las fundaciones ya diseñadas al modelo, como resortes con rigidez teórica, que considera geometría de la zapata y el tipo de suelo de fundación. Se comprueba por medio de programa computacional estado global del edificio. Conclusiones:
Al incorporar el sistema de fundaciones dentro del análisis sísmico, se obtienen diferencias de esfuerzos y deformaciones, respecto al modelo empotrado, debido a la mayor flexibilidad de la estructura con fundaciones.
El diseño empotrado implica diseño más seguro, ya que otorga mayor cantidad de armaduras en los elementos.
El edificio con sistema de fundaciones se muestra más flexible y con asentamientos superiores.
