PREFABRICACION EN ZONAS SISMICAS

Transcripción

1 INSTITUTO DE INGENIERÍA, MÉXICO UNAM PREFABRICACION EN ZONAS SISMICAS Mario E. Rodriguez Conversatorio La Ingeniería Estructural en el Perú Departamento de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú Lima, Noviembre 19, 2009

2 RECONOCIMIENTOS CONACYT ANIPPAC Estudiantes: JJ Blandon (Doctorado,Colombia) M Torres (Doctorado, Perú) E Vasquez (Maestría, México) G León (Maestría, Perú) H Cabrera (Maestría, Perú)

3 Ventajas del prefabricado Rapidez Control de calidad Medio ambiente

4 INTERROGANTES : 1.CONEXIONES 2.SISTEMAS DE PISO

5 Construcción de un edificio prefabricado de 15 niveles en el DF

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7 CONEXION TIPO VENTANA

8 Malla electrosoldada 6x6 10/10 Bovedilla Vigueta Sistema vigueta y bovedilla en México

9 VIGAS T O DOBLE T PARA SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS Viga T

10 Sistemas de piso prefabricados en edificios en México

11 Colado de firme en edificio de 15 niveles en el DF, prefabricado a base de marcos de CR

12 Daños observados en terremotos 1994 Terremoto de Northridge

13 Vistas del edificio ensayado en UCSD, 2008

14 ESTUDIOS EXPERIMENTALES EN MEXICO DEL COMPORTAMIENTO DE CONEXIONES VIGA-COLUMNA EN PORTICOS DE CR PREFABRICADOS

15 EDIFICIO PREFABRICADO EN MEXICO CON CONEXION TIPO VENTANA

16 Precast Wall Precast Column Vista del modelo durante su construcción

17 Cast in place concrete Precast Column 250x C Precast Double Tee Precast Tee 150x280 Precast beam 130x230 B N Wall 100x A (dimensions in mm) Planta de edificio prefabricado de CR ensayado en México

18 A B C 50 Cast in place Concrete Column 250x250 Socket Connection 700x600x (dimensions in mm) Precast beam 130x230 Wall 700x100 Foundation 1700x600x Cast in place Concrete Column 250x250 Precast Tee beam Socket Connection 700x600x700 Precast Beam 150x280 Topping slab t=30 Precast Double Tee beam (dimensions in mm) Sentido longitudinal, eje con muro Sentido transversal

19 CONEXION PREFABRICADA VIGA COLUMNA INTERIOR DEL ESPECIMEN ENSAYADO EN MEXICO Ganchos Ø4mm Columna 250x250 C A A Estribos Ø1/4" interiores Ø3/8" Viga en L Ø3/8" Lecho inferior 2 Viga T

20 CONEXION PREFABRICADA VIGA COLUMNA INTERIOR (CORTE A A) Estribo 3Ø3/8" de viga T 2 2Ø3/8" 3Ø1/2" colocalas en obra Viga en L Ductos plásticos para ganchos 60 3Ø3/8" Estribo Ø4mm Estribo Ø1/4" 250 Columna 250x250

21 Estudio experimental en el II

22 DAÑO OBSERVADO EN PORTICO LATERAL AL FINAL DEL ENSAYE

23 125mm Frame in central axis 125mm MECANISMO DE FALLA OBSERVADO Frame and wall axis

24 Daño al final del ensaye Vista superior del firme (nivel 2) 1 Concreto colado en sitio Zona crítica Ø3/8" L=420 Malla 6"x6" 10/ Ø3/8" L= Viga longitudinal 2Ø3/8" Viga TT Sección B-B (no se muestra muro)

25 Modelo puntal y tirante simplificado para diafragma de especimen ensayado ante cargas laterales P P 0.57P P P P 0.60P Fuerza total en el plano del diafragma = 2P Strut Tie

26 3 Comparación de envolvente experimental y bilineal V b /V b 2 1 Envolvente M odelo bilineal K Dis V bdf =20.2ton 0 Sobrerresistencia Dr [%] Rigideces laterales calculadas y medidas

27 Base shear, V / VR 3 2 Measured Push-over analysis 1 V R = 198 kn (44.5 kips) Global drift ratio, Dr Base shear, V/VR Displacement ductility factor (μ) Global drift ratio, Dr Dual System Walls Frames V = 198kN (44.5 kips) R Frames Walls Dual System Envolventes experimental y calculada V Dr Envolventes calculadas en muros y marcos

28 Normalized Base Shear Elastoplastic model 1 Dual system Walls 0.5 Frames Normalized Lateral Displacement Modelo analítico con subsistemas inelásticos. Muro μ =4, Marcos μ =2

29 DAÑO OBSERVADO EN LA CONEXION TRABE COLUMNA EN EL EDIFICIO PREFABRICADO ENSAYADO

30 19 212mm kn-m kn 2.55 kn kn-m mm kn ( M=0.60 My ) kn P/Ag*f'c= kn 1.47 kn-m DIMENSIONES Y FUERZAS EXTERNAS CALCULADAS EN LA CONEXION TIPO VENTANA

31 212mm kn (0.20) (0.17) (0.16) (0.25) (0.87) (0.44) (0.60) (0.10) (0.15) (0.56) 4.81 (0.69) (0.04) (0.58) (0.15) kn (1.0) kn (0.56) kn 208mm Elemento critico Para F=32.0 kn se produce el aplastamiento del concreto, fc=0.87 f c APLICACIÓN DEL MODELO DEL PUNTAL Y TIRANTE PARA EL ANALISIS DE LA CAPACIDAD RESISTENTE DE LA CONEXION

32 ESFUERZOS Y MOVIMIENTO EN UNA BARRA EN GANCHO EN TENSION (Minor y Jirsa, 1975)

33 INVESTIGACION DE SOLDADURA DE VARILLAS DE REFUERZO EN CONEXIONES DE ESTRUCTURAS PREFABRICADAS EN MEXICO

34 Edificio prefabricado para vivienda multifamiliar en México DF (2005)

35 Conexión viga columna Vista en construcción Construcción de un edificio prefabricado de 16 niveles en el DF

36 Construcción de un edificio de marcos de CR de 15 niveles prefabricado

37 Detalles de una conexión viga columna de CR prefabricada en un edificio de marcos de 16 niveles en México

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39 Aceros ASTM A Aceros ASTM A706 CARBONO % ZONA II Aceros ASTM A615 ZONA III Aceros de refuerzo mexicanos 0.10 ZONA I CARBONO EQUIVALENTE Diagrama del contenido de carbono contra el carbono equivalente

40 Investigación experimental en México (Rodriguez y Rodriguez Azabay, 2006) Placa de Respaldo 45 a a 5 mm 4 a 5 mm Placa de Respaldo Bisel tipo B1 para varillas soldadas en posición vertical Bisel tipo B2 para varillas soldadas en posición horizontal Variables adicionales: Electrodos E7018 y E9018 Con y sin precalentamiento de la barra (AWS)

41 Ensayes a traccion de barras de refuerzo soldadas llevadas a cabo en el Instituto de Ingenieria de la UNAM (julio, 2005) Barras soldadas Barra sin soldadura

42 INVESTIGACIONES EN MEXICO EN PUENTES PREFABRICADOS DE CR EN ZONAS SISMICAS

43 DISTRIBUIDOR VIAL CIUDAD DE MEXICO

44 Precast column Grouting Precast socket base

45 Precast column P V Socket base reinforcement F1 C H C F1 F2 C T=C/2 T=C/2 R F3 F2 C1 R F3 C1 N a) Columna b) Cimentación c) Cimentación FUERZAS ACTUANTES EN LA CONEXION COLUMNA CIMENTACION TIPO CANDELERO

46 Conexión columna cimentación tipo candelero sin daño al final del ensaye del edificio prefabricado ante cargas laterales

47 CARACTERÍSTICAS DEL PROTOTIPO (Torres y Rodriguez, 2007) VARS. Ø #10 1 JUEGO DE 6 E #4@150 SECCIÓN COLUMNA (ACOTACIÓN EN mm) 3950 ELEVACIÓN PROTOTIPO MODELO A ESCALA 1/2.5

48 CONTROL POR DESPLAZAMIENTO ACTUADORES A y B HISTORIA DE CARGA MURO DE REACCIÓN FUERZA (A + B) FUERZA C = (ALFA( ALFA)*(FUERZA A + FUERZA B) FUERZA D = FUERZA C ESQUEMA DE ENSAYE m t = ½ (FUERZA C FUERZA D) L v y = FUERZA A + FUERZA B ALFA = 0.76 MARCO DE CARGA v y m t ACTUADORES A y B FUERZA C L FUERZA D 0.05

49 ESPÉCIMEN SIN POSTENSADO FUERZA HOR. ACT. A Y B (100 t c/u) TRASDUCTOR DE CUERDA DESP. HOR. FUERZA VERT. ACTUADOR D (50t) ACTUADOR C (50t) TRASDUCTOR DE CUERDA

50 x10 4 M ( kn-mm) (175 t-m) (115 t-m) 53.9 (55 t-m) (-35 t-m) M RDF M/M RDF (-95 t-m) 4 M RDF = 118.6x10 kn-mm (120.9 t-m) (-155 t-m) dr Resultados experimentales momento en la base de columna vs. distorsión.

51 DUCTILIDAD 7, Drift = 6.5%

52 DAÑOS EN COLUMNA μ = M (t.m) 0 μ= distorsión μ= 6 Ciclo 15 Ensaye de columna de puente en el Laboratorio del II UNAM, Septiembre 2007

53 Ductilidad 6, ciclos 1 y 15

54 INVESTIGACIONES EN MEXICO EN SISTEMAS DE PISO PARA EDIFICIOS PREFABRICADOS DE CONCRETO REFORZADO

55 Sistemas de piso prefabricados en edificios en México

56 FUERZAS INERCIALES EN EDIFICIOS Fuerzas Inerciales, FI Masa, m m FI FR FA Ug Ug

57 Espécimen prefabricado empleando el concepto de emulación Modelo a escala 1:4 del edificio prototipo Pieza 1: vigas y nudos viga-columna conexión con doble gancho (drop-in double hooked bars) Losa Losa Pieza 3: viga transversal Pieza 2: vigas y nudos viga-columna 76

58 Sistema de piso del espécimen.

59 Trabe prefabricada Construcción con el concepto de emulación (no se emplea soldadura) de un edificio de CR prefabricado para ensaye en la mesa vibradora del Instituto de Ingenieria, UNAM ( )

60 Colado de grout en especimen prefabricado ensayado en mesa vibradora

61 Colado de grout en ductos de conexión nudo columna del especimen prefabricado ensayado en mesa vibradora (ductos D=13 mm, barra d= 6mm)

62 Modelo Instrumentado sobre la Mesa Vibradora Movimiento sísmico

63 5. Construcción del espécimen Vigas prefabricadas 90 cm 90 cm 31.5 cm 54 cm PIEZA 1 PIEZA cm PIEZA 2

64 5. Construcción del espécimen 42 cm PIEZA 5 PIEZA 4 42 cm 62 cm 59 cm 24 cm 50 cm 11.5 cm 11.5 cm

65 5. Construcción n del espécimen Conexiones coladas en sitio con grout

66 5. Construcción n del espécimen Conexiones coladas en sitio con concreto

67 5. Construcción n del espécimen 30 Unidad de Losa alveolar

68 5. Construcción n del espécimen Firme de concret o

69 5. Construcción n del espécimen

70 5. Construcción n del espécimen SISMO

71 Aceleración de la Base - Llolleo 100% Aceleracion (g) Tiempo t (s) Registro de aceleraciones (100%) empleado en el edificio prefabricado para ensaye en mesa vibradora

72 Columna 2 A2 Columna 3 A3 Grietas: Primer Nivel Columna 2 C2 Columna 3 C3

73 Ensaye ante sismo de intensidad alta: Grietas Nivel 1 Después s de la ultima señal (Llolleo 250%), el daño o fue: Dimension de grietas: Menores a 0.30 mm mm Mayores a 0.60 mm LOSA PRIMER NIVEL Dimensiones en cm

74 Fotografía de la losa cerca de Columna C 3 después de ensaye Llolleo 250% Grietas de 8 mm

75 Unión col col sin daño Vista de unión viga columna del primer nivel después del ensaye Llolleo 250%

76 Aceleración Máxima de Piso hi/h 0.6 MPT MEF Ruaumoko 100% Exp. 100% Exp. 200% Exp. 250% Amax (g) Aceleraciones máximas de piso medidas y calculadas para ensayes en mesa vibradora, sismo de LLolleo 100%, 200% y 250%. Comparación con resistencias obtenidas de MPT y MEF

77 INVESTIGACIONES EN LA UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, SAN DIEGO, USA : NUEVOS PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO SISMICO DE SISTEMAS DE PISO EN EDIFICIOS PREFABRICADOS DE CONCRETO REFORZADO

78 PARTICIPANTES EN LA INVESTIGACION Robert Fleischman, Dichuan Zhang and Ge Wan, University of Arizona Clay Naito, Richard Sause, Liling Cao, Rui Ren, Wesley Peter, Lehigh Univ. Jose Restrepo, Matt Schoettler, Carlos Blandon, UCSD Mario Rodriguez, Humberto Cabrera Roa, UNAM Andrea Belleri, University of Brescia Jorge Rivera, The Rose School S.K. Ghosh, S.K. Ghosh Associates, Inc.

79 SISTEMAS DE PISO (Diafragmas)

80 ESQUEMA SIMPLIFICADO DE EDIFICIO PREFABRICADO PARA ESTACIONAMIENTOS (Wood et al, 1997) Crujía transversal 16.8 m Crujía longitudinal 9.1 m

81 ENSAYES EN LA MESA VIBRADORA DE UC San Diego Validar los modelos numéricos desarrollados en la U. de Arizona Validar nuevas conexiones para elementos prefabricados Observar el comportamiento sísmico de nuevos sistemas estructurales

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83 Vistas del edificio

84 Berkeley DBE