Estudio del Comportamiento Sísmico de Edificios de Muros Delgados de Concreto Reforzado

Transcripción

1 Estudio del Comportamiento Sísmico de Edificios de Muros Delgados de Concreto Reforzado Carlos Arteta, Ph.D. Carlos Blandón, Ph.D. Ricardo Bonett, Ph.D. Julián Carrillo, Ph.D. 6CIIME Sexto Congreso Internacional de Ingeniería de Materiales y Estructuras 21 de Septiembre de 2018

2 Pandeo Maule, 2010 Motivación

3 Antecedentes del CEER 2015 i. Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2015). Comportamiento experimental de elementos de borde de muros con capacidad de Disipación de Energía Especial (DES). Artículo presentado en el VII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Bogotá i. Arteta, C. A. (2017). Mecánica simple de muros delgados con aleta, aspectos a considerar para su diseño en Colombia. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Barranquilla. ii. Blandón, C. A., Rave, J. F., & Bonett, R. L. (2015). Comportamiento de muros delgados de concreto reforzado ante cargas laterales. Artículo presentado en el VII Congreso Nacional de Ingenieria Sismica, Bogota. ii. Arteta, C. A., Sánchez, J., Daza, R., Blandón, C. A., Bonett, R. L., Carrillo, J., & Vélez, J. C. (2017). Global and local demand limits of thin reinforced concrete structural wall building systems. Paper presented at the 16th World Conference on Earthquake Engineering, Santiago i. Arteta, C. A., Sánchez, J., Daza, R., Pájaro, C., Blandón, C. A., Bonett, R. L., & Carrillo, J. (2016). Thin wall reinforced concrete building data base for the city of Armenia (Colombia) and testing specimen selection. Report 001 CEER Colombian Earthquake Engineering Research Center. Barranquilla. ii. Segura, C. L., Wallace, J. W., Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2016). Deformation capacity of thin reinforced concrete shear walls. Paper presented at the Proceedings of 2016 NZSEE Conference, Auckland. iii. iv. Martínez, A. F., Daza, R., & Arteta, C. A. (2017). Modelación de muros delgados de concreto reforzado. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Barranquilla. Sánchez, J., & Arteta, C. A. (2017). Caracterización estadística de edificios de muros delgados en concreto reforzado para zonas de amenaza sísmica alta. Paper presented at the VIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Barranquilla. v. Vélez, J. C., Blandón, C. A., Bonett, R. L., Arteta, C. A., Carrillo, J., Almeida,J.P.,& Beyer, K. (2017). Ensayos cuasi-estáticos cíclicos de muros delgados de concreto reforzado en edificios colombianos. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Barranquilla i. Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2018). Seismic Performance of a building subjected to intermediate seismic shaking. ACI Structural Journal. Vol. 115, No. 2, p , doi: / ii. Rosso, A., Jiménez-Roa, L. A., de Almeida, J. P., Guerrero, A. P., Blandón, C. A., Bonett, R. L.,& Beyer, K. (2018). Cyclic tensile-compressive tests on thin concrete boundary elements with a single layer of reinforcement prone to out-of-plane instability. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(2), doi: /s iii. Kolozvari, K., Arteta, C. A., Fischinger, M., Gavridou, S., Hube, M., Isakovic, T.,... Wallace, J. W. (2018). Comparative Study of State-of-the-Art Macroscopic Models for Planar Reinforced Concrete Walls. ACI Structural Journal, In press, doi: / iv. Segura, C. L., Arteta, C. A., Araujo, G. A., & Wallace, J. W. (2018). Flexural Compression Capacity of Thin Reinforced Concrete Structural Walls. Paper presented at 11th National Conference on Earthquake Engineering, Los Angeles. v. Carrillo, J., Díaz, C., Arteta, C. A. (2018). Tensile mechanical properties of Colombian electro-welded wire mesh. Paper submitted to Construction and Building Materials Journal. vi. Blandon, C., Arteta, C. A., Bonett, R., Carrillo, J., Beyer, K., and Almeida J. (2018) Response of Thin Reinforced Concrete Walls with a Single Curtain of Web Reinforcement under Cyclic Loading, paper submitted to Engineering Structures.

4 Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado Norma Peruana E.030 Diseño Sismorresistente, aclara que con este sistema solo se pueden alcanzar edificaciones de hasta 8 pisos y solo es apto para estructuras importantes (B) o esenciales (A2) en zonas sísmicas bajas (1), o estructuras comunes en todas las zonas sísmicas, ver Tabla 4. Por otro lado, su coeficiente de reducción de la fuerza sísmica es Ro = 4 y las estructuras con este sistema deben tener una deriva máxima (Δ i / hei) de 0.5%.

5 Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado Tabla 1. Categorías y zonas para el sistema de Edificaciones de Muros de Ductilidad Limitada EMDL según E.030 Cap.3 Categorías Valor Ro Zonas de Amenaza sísmica 1 - Baja 2 - Intermedia 3- Intermedia 4 - Alta A1 - Esenciales 4 x x x x A2 - Esenciales 4 Permitido x x B - Importantes 4 Permitido x x x C - Comunes 4 Permitido Permitido Permitido Permitido D - Temporales 4 x x x x

6 Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado (a),, (b) Ecuación 2 - Actual NSR-10. Ecuación 3 - ACI NSR-19?.

7 Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado. Ecuación 2 Ecuación 3. Ash [mm 2 ] Ash [mm2], Ec. 2 t w =150mm Ash [mm2], Ec. 3 Ec. 3 Ec. 2 Ash [mm 2 ] Ash [mm2], Ec. 2 t w =200mm Ash [mm2], Ec. 3 Ec. 3 Ec. 2 0 tw =150 mm lbe [mm] 0 tw =200 mm lbe [mm] (a) (b) Ash [mm2], Ec. 2 t w =300mm Ash [mm2], Ec Ash [mm2], Ec. 2 t w =400mm Ash [mm2], Ec. 3 Ash [mm 2 ] Ash [mm 2 ] Ec. 2 Ec. 3 0 tw =300 mm lbe [mm] 0 tw =400 mm lbe [mm]

8 Bases de Datos de Edificios de Muros Delgados de Colombia Bases de datos de edificios de muros delgados de las ciudades de Armenia, Cali, Bogotá y Medellín con su respectivo análisis estadístico multivariado. H w B t B l D i -dir = Area( ) / Area( ) D i -dir ~ 180 edificios ~ 500 muros al detalle

9 Bases de Datos de Edificios de Muros Delgados de Colombia Modelación elástica cronológica Dirección longitudinal 50 Dirección transversal (a) Sa, g Sa, g (b) H w [m] Período, s Med+1Sigma Median Med-1Sigma MedianCB Med+1CB Med-1CB 0.01 NSR Período, s DT, [%]

10 Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado Profundidad del eje neutro de muros con aletas Relaciones My/Mcr y = x R² = (a) (b) 2.0 c/l w My/Mcr y = 9.45x R² = H w [m] Icr*/Iweb

11 Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado Comportamiento mecánico de las mallas electrosoldadas Esfuerzo (MPa) (a) Modelo Empresa A Empresa B Empresa C Empresa D Deformación unitaria ( ) Esfuerzo (MPa) (b) Modelo Empresa A Empresa B Empresa C Empresa D 4mm 5mm 6mm Deformación unitaria ( ) Esfuerzo (MPa) (c) 0 Modelo Empresa A Empresa B Empresa C Empresa D Deformación unitaria ( ) 900 7mm- WWM typically used Stress, MPa ductile 6mm steel Deformación última ( u ): Varió entre 0.82% y 1.46%. La limitada capacidad de deformación y el bajo valor de k (1.12) de los alambres, sugiere revisar las implicaciones en requisitos para diseño Strain

12 Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado Revisión de la hipótesis de diseño (a) l f cu ec = 0.003? C cf = a 1 f'c(lf-tw)ß 1 tf t f c N.A. C sf = A sf f sf Ccw = a 1 f'ctwß 1 c Csw =? Asw,c f sw,c lw? = P= A g f'c Mn T sw =? Asw, t f sw, t tw A sw2 A sw1 e y < es< su < e rup rup?? Acero de malla: fy = 570 Mpa εs rup = Concreto f c = 28 Mpa

13 Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado Revisión de la hipótesis de diseño si srup = 1.5%

14 Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado Revisión de la hipótesis de diseño si srup = 1.5%, 3% y 6%

15 Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado Limitaciones de uso de mallas electrosoldadas en ACI

16 Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado Limitaciones para sistemas de ductilidad limitada y uso de mallas electrosoldadas en Perú

17 Los Experimentos del CEER Muros de Medellín

18 Los Experimentos del CEER Muros de EPFL

19 Los Experimentos del CEER Muros de Armenia W PLR W5 YABC LLR 250 YBC 150 DCR PLR YBC LLR DCR Base shear, Vb [kn] DCR -150 YBC -250 LLR YABC PLR NSR-10 drift limit NSR-10 drift limit LLR DCR YBC PLR YABC Drift ratio Drift ratio YBC PLR YABC W6 PLR W7 PLR YABC YABC LLR YBC LLR DCR DCR DCR DCR YBC YBC LLR -250 LLR YABC -350 PLR NSR-10 drift limit Base shear, Vb [kn] NSR-10 drift limit Drift ratio Drift ratio Base shear, Vb [kn] Base shear, Vb [kn] NSR-10 drift limit NSR-10 drift limit NSR-10 drift limit NSR-10 drift limit

20 Los Experimentos del CEER Muros de Armenia Base shear, Vb [kn] W4 W5 W6 W7 K0,flex 0.20K0,flex Drift ratio Límite NSR-10 : 1.43%

21 Los Experimentos del CEER Muros de Armenia

22 Análisis de Bases de Datos Estimaciones de capacidad de rotación 4.0% (a) 4.0% (b) 3.0% 3.0% y = 0.32x R² = % y = 0.16x R² = % 1%/0.7 1%/ % 1.0% 0.0% % l w /t w h u /t w

23 Análisis de Bases de Datos Estimaciones de capacidad de rotación experimental % 5.0% 4.0% 3.0% 2.0% Riva y Franchi 2001 UCLA CEER 2017 EPFL Lím. Inf. CEER Segura y Wallace 2018 Lím. Sup. CEER Lim NSR-10, %/ %, % c/t w

24 Análisis Basado en Desplazamientos (a) (b) u y p,u hw= u L p hw h w p,u y u L p L p =lw/2 u = ( u / c) Edificio de 10 Pisos Edificio de 15 Pisos Límite NSR-10 : 1.43% Límite NSR-10 : 1.43%

25 El Pandeo Fuera del Plano Experimentos en EPFL + modelación Espécimen TW1, ensayado en el EPFL de Suiza por Rosso et al. (2015)

26 Caso de Estudio: Análisis Inelásticos de Estructuras Tipo Estimaciones de capacidad de ductilidad y sobrerresistencia (a) Escalera (b) (c) Tabla 1. Parámetros de desempeño sísmico de la estructura. Modelo f c [MPa] Vpr = δpeak/δy Vu = δu/δy Ω0 S5-tw S5-tw S10-tw S10-tw S15-tw S15-tw

27 Caso de Estudio: Análisis Inelásticos de Estructuras Tipo Relación demanda global y local (a) (RW) (RW) (b) (RW) (RW) (a) (b) u y p,u hw= u L p hw (c) (RW) (RW) (d) (RW) (RW) h w p,u (e) (RW) (RW) (f) (RW) (RW) y u L p L p =lw/2 u = ( u / c) 2

28 Caso de Estudio: Análisis Inelásticos de Estructuras Tipo SDR [%] 5-story Building 10-story Building 15-story Building 5.0 1st SDR 4.0 Max SDR RDR [%] SDR [%] 5.0 1st SDR 4.0 Max SDR RDR [%] SDR [%] 5.0 1st SDR 4.0 Max SDR (a) (b) (c) RDR [%]

29 GRACIAS!