ESTUDIO DE LOS CRITERIOS DEL RCDF PARA EL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS REGULARES CON BASE EN MARCOS DE CONCRETO REFORZADO CON BAJA DUCTILIDAD
José Luis Luna Arroyo
1, 2Arturo Tena Colunga
21
Instituto Mexicano del Petróleo Subdirección de Ingeniería Competencia de Ingeniería Civil Eje Central Lázaro Cárdenas No.152 C.P. 07730 México, D.F.
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2
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RESUMEN
Se presenta un estudio donde se evalúan las disposiciones del RCDF-93 para el diseño por sismo de marcos no dúctiles, diseñando los elementos conforme a lo establecido en las normas para estructuras de concreto (NTCC-96).
Se presentan los resultados de un edificio regular de quince niveles diseñado para la zona III de las normas de diseño por sismo (NTCS-95) y para el factor de comportamiento sísmico Q=2. Las demandas de ductilidad de entrepiso máximas asociadas a los diseños superan el factor Q de diseño cuando no se consideran fuentes de sobrerresistencia.
En general, las sobrerresistencias consideradas tienden a mejorar las respuestas de la estructura bajo estudio, sobre todo en los marcos que resisten una porción mayor de las cargas verticales.
SUMMARY
This paper presents a study where the provisions of Mexico’s RCDF-93 code for ordinary moment resisting reinforced concrete frames (OMRCF) are evaluated. A fifteen-story regular building with OMRCF was designed for soil profile type III to comply with the seismic and reinforced concrete norms of RCDF-93 code. Seismic response modification factor Q=2 for OMRCF was used for the design. In some cases, peak displacement ductility demands associated with the designs for OMRCF surpass the design Q factor when overstrength sources are neglected. An improved seismic behavior is observed in OMRCF when some overstrength sources are considered in the analyses, particularly those frames that carry higher gravity loads.
INTRODUCCIÓN
Se presenta un estudio donde se evalúan las disposiciones del Reglamento de construcciones para el Distrito Federal (RCDF-93) para marcos no dúctiles ante solicitaciones dinámicas, diseñando los elementos de concreto conforme a lo establecido en las normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras de concreto (NTCC-96). En el estudio original (Luna, 1999) se diseñaron estructuras regulares de quince niveles con marcos de concreto reforzado, para la zona III de las normas técnicas complementarias para diseño por sismo (NTCS-95) y para factores de comportamiento sísmico Q=2, Q=3 y Q=4. En este artículo se muestran únicamente los resultados relacionados con el edificio diseñado con el factor de comportamiento sísmico Q=2 para marcos con baja ductilidad.
El presente estudio pretende revisar la confiabilidad de diseñar estructuras de concreto con base en marcos no dúctiles para la zona III de las NTCS-95, dado que muchos ingenieros estructurales optan por diseñar estructuras basadas en marcos con un factor de comportamiento sísmico Q=2 (Rioboó, 1995), debido al trabajo adicional y complicaciones prácticas existentes para diseñar marcos dúctiles (Luna y Tena, 2000), especialmente cuando los requisitos de confinamiento de columnas los llevan a diseños de difícil construcción y que son además antieconómicos, por lo que muchos clientes no se los aceptan. Sin embargo, pudiera ser que estos diseños con Q=2 no tengan el nivel de confiabilidad que se supone actualmente. Los aspectos fundamentales que se evalúan son:
a) Si el límite superior ∆=0.006 de RCDF-93 en cuanto a distorsiones de entrepiso de diseño es adecuado para
marcos poco dúctiles.
b) Si diseñar estructuras con marcos de concreto utilizando un Q=2 es razonablemente seguro.
c) Si los limitados requisitos de confinamiento y detallado establecidos por las NTCC-96 para marcos no dúctiles brindan un margen razonable de seguridad cuando se consideran las sobrerresistencias asociadas a estos requisitos.
Para lograr esto, se presentan análisis dinámicos no lineales utilizando acelerogramas representativos cuyas características están relacionadas con el sismo máximo contemplado por el presente reglamento (RCDF-93) y que a su vez, provocan la mayor exigencia a los modelos analizados. Para los análisis no lineales se calcularon resistencias nominales de vigas a flexión y columnas a flexocompresión y flexotensión utilizando:
1) La distribución real del refuerzo, incluyendo la aportación del refuerzo de compresión en vigas.
2) El bloque equivalente de esfuerzos del concreto estipulado en las NTCC-96 del RCDF-93.
3) Suponiendo un comportamiento elastoplástico del acero de refuerzo, como lo especifican las NTCC-96.
Este criterio corresponde a las sobrerresistencias mínimas inherentes al reglamento de diseño. También, se realizaron análisis no lineales en los modelos considerando las sobrerresistencias debidas a:
1) Confinamiento del núcleo del concreto utilizando el modelo de Kent-Park modificado.
2) Comportamiento no lineal "real" del acero de refuerzo utilizando el modelo de Rodríguez y Botero (1994).
Este criterio corresponde a una sobrerresistencia racional asociada a los requisitos de detallado y confinamiento estipulados por las NTCC-96. Se consideraron efectos P-∆ en los análisis no lineales y no se incluyó la interacción suelo-estructura.
EDIFICIO EN ESTUDIO Y METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN
El modelo en estudio es un edificio regular destinado para oficinas, cuya configuración geométrica en planta ha sido estudiada anteriormente por Luaces (1995), en un estudio donde se abordó el efecto de diferentes fuentes de sobrerresistencia en el comportamiento de edificios regulares con base en marcos de concreto reforzado, utilizando análisis estáticos no lineales; y por Tena et al (1997), donde se realizó una evaluación de las recomendaciones del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal en el diseño por sismo de estructuras con marcos de concreto reforzado. La planta tipo del edificio se muestra en la fig 1, donde se aprecia que es rectangular, de 21 m de ancho (dirección y) por 32 m de largo (dirección x), totalmente simétrica en la disposición de elementos resistentes y que dispone de vigas secundarias orientadas en la dirección larga (dirección x). El edificio consta de cuatro crujías en la dirección larga con claros de 8 m por tres crujías en la dirección corta con un claro de 7 m. La estructura es regular en elevación. El edificio, de 15 niveles, tiene una altura total de 51 m, con alturas típicas de entrepiso de 3.4 m.
Figura 1 Planta tipo e isométrico del edificio de 15 niveles, acotaciones en m.
7.0
7.0 7.0
8.0 8.0 8.0 8.0
1 2 3 4 5
A
B
C
D
X (E-W)
Y (N-S)