Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI

Transcripción

1 SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015 Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI Clase: Prefabricados en ACI Relator: Augusto Holmberg F. 38 storied condominium building, Building height 130.7m - Japan 8 story Office Building Total height: m Total floor area: 6970 m 2 Japan 1

2 Precast Prestressed Concrete Moment Frame (Kyoto University Campus) - Japan Precast Prestressed Concrete Moment Frame with Base Isolation System (Apartment) - japan 2

3 Como podemos diseñar estructuras prefabricadas usando ACI 318? Prefabricados en ACI Todos los requisitos de este reglamento se aplican a los sistemas y miembros prefabricados a menos que se excluyan de manera específica. Además, algunos requisitos se aplican específicamente al concreto prefabricado. (R4.12.1) Usan las mismas disposiciones que el hormigón en sitio Deben cumplir con requisitos adicionales explícitamente indicados 3

4 Prefabricados en ACI Todos los requisitos de este reglamento se aplican a los sistemas y miembros prefabricados a menos que se excluyan de manera específica. Además, algunos requisitos se aplican específicamente al concreto prefabricado. (R4.12.1) Usan las mismas disposiciones que el hormigón en sitio Deben cumplir con requisitos adicionales explícitamente indicados Las estructuras de concreto prefabricadas diseñadas de acuerdo al Cap. 18 intentan emular a las estructuras de concreto construidas en obra, excepto que en 18.5, y se permite la construcción prefabricada con mecanismos de fluencia alternativos. (R18.1) Alternativa 1: emulan el comportamiento sísmico en sitio Alternativa 2: usan mecanismos de fluencia alternativos (validados x ensayo) Algunas definiciones Concreto prefabricado: Elemento de concreto estructural construido en un lugar diferente de su ubicación final en la estructura Nudo: Parte de la estructura que es común a los miembros que la intersectan Nudo Conexión Conexión: Región de la estructura donde se unen dos o más miembros. Una conexión también se refiere a una región donde se unen miembros en que uno o más son prefabricados. 4

5 Prefabricados en ACI Capítulo 4 Requisitos para sistemas estructurales Sección Sistemas de concreto prefabricado Considerar todas las condiciones de carga Considerar todas las etapas de contrucción y condiciones de borde Considerar las tolerancias de fabricación y montaje Tener trayectorias de fuerzas que sean continuas Prefabricados en ACI Capítulo 4 Requisitos para sistemas estructurales Sección Sistemas de concreto prefabricado Considerar todas las condiciones de carga Considerar todas las etapas de contrucción y condiciones de borde Considerar las tolerancias de fabricación y montaje Tener trayectorias de fuerzas que sean continuas Capítulo 16 Conexiones entre miembros Sección 16.2 y 16.3 Conexiones de miembros prefabricados Longitudes mínimas de apoyo Armadura para integridad estructural Sección 16.4 Transferencia de fuerzas de cortante horizontal Elementos compuestos a flexión (hormigón en segunda etapa) Sección 16.5 Ménsulas y cartelas Diseño y detallamiento de las ménsulas 5

6 Prefabricados en ACI Capítulo 26 Documentos de construcción e inspección Sección 26.9 Requisitos adicionales para concreto prefabricado Tolerancias; detallamiento de piezas e insertos Identificación de elementos, montaje y arrisotramientos Referencia: ACI ITG-7M-09 Specification for Tolerances for Precast Concrete Otros Capítulos Capítulo 7 Losas en una dirección Capítulo 8 Losas en dos direcciones Capítulo 12 y Sección Diafragmas Transferencia de corte a través de la sobrelosa Cuerdas y elementos colectores en la sobrelosa Prefabricados en ACI Capítulo 26 Documentos de construcción e inspección Sección 26.9 Requisitos adicionales para concreto prefabricado Tolerancias; detallamiento de piezas e insertos Identificación de elementos, montaje y arrisotramientos Referencia: ACI ITG-7M-09 Specification for Tolerances for Precast Concrete Otros Capítulos Capítulo 7 Losas en una dirección Capítulo 8 Losas en dos direcciones Capítulo 12 y Sección Diafragmas Transferencia de corte a través de la sobrelosa Cuerdas y elementos colectores en la sobrelosa Sin embargo, Lo principal está en el Capítulo 18 6

7 Sistemas estructurales prefabricados en ACI Capítulo 18 Pórticos Pórticos especiales resistentes a momento construidos con concreto prefabricado (18.9) Muros Muros estructurales intermedios de concreto prefabricado (18.5) Muros estructurales especiales de concreto prefabricado (18.11) No sismoresistentes Elementos que no se designan como parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas (18.14) Algunas definiciones Conexión fuerte: Conexión, entre uno o más elementos prefabricados, que se mantiene elástica mientras que los miembros que se conectan presentan fluencia como consecuencia de los desplazamientos de diseño para sismo. Conexión dúctil:conexión, entre uno o más elementos prefabricados, en la cual se presenta fluencia como consecuencia de los desplazamientos de diseño para sismo. 7

8 Sistemas estructurales prefabricados en ACI Capítulo 18 Pórticos especiales Conexiones dúctiles ( ) Conexiones fuertes ( ) Conexiones que no cumplen los criterios anteriores ( ) Se considera que las disposiciones de 18.9 permiten obtener un pórtico especial prefabricado equivalente en comportamiento a uno construido en sitio. Pórticos prefabricados especiales (18.9) Configuración de conexiones 8

9 Pórticos prefabricados especiales (18.9) Configuración de conexiones 17 Pórticos prefabricados especiales con conexiones dúctiles Deben cumplir con los requisitos de de a) hasta c): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) 9

10 Pórticos prefabricados especiales con conexiones dúctiles Deben cumplir con los requisitos de de a) hasta c): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) V n para conexiones, calculado de acuerdo con 22.9 (corte por fricción) debe ser al menos 2V e donde V e se calcula de acuerdo con o (diseño por capacidad en vigas y columnas) Pórticos prefabricados especiales con conexiones dúctiles Deben cumplir con los requisitos de de a) hasta c): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) V n para conexiones, calculado de acuerdo con 22.9 (corte por fricción) debe ser al menos 2V e donde V e se calcula de acuerdo con o (diseño por capacidad en vigas y columnas) c) Los empalmes mecánicos del refuerzo de las vigas deben ubicarse a no menos de h/2 de la cara del nudo y deben cumplir con (empalmes mecánicos en pórticos y muros especiales) 10

11 Ejemplo de conexión dúctil Tomado de FEMA P-751 Ejemplo de conexión dúctil 11

12 Ejemplo de conexión dúctil Ejemplo de conexión dúctil 12

13 Ejemplo de conexión dúctil Pórticos prefabricados especiales con conexiones fuertes Deben cumplir con los requisitos de de a) hasta e): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) Los requisitos de (a) aplican a los segmentos entre las zonas donde se pretende que ocurra la fluencia por flexión debido a los desplazamientos de diseño. (luz libre no debe ser menor que 4d) 13

14 Pórticos prefabricados especiales con conexiones fuertes Deben cumplir con los requisitos de de a) hasta e): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) Los requisitos de (a) aplican a los segmentos entre las zonas donde se pretende que ocurra la fluencia por flexión debido a los desplazamientos de diseño. (luz libre no debe ser menor que 4d) Pórticos prefabricados especiales con conexiones fuertes c) La resistencia de diseño de la conexión fuerte, ΦS n, no debe ser menor que S e Donde S e corresponde al momento, fuerza cortante o carga axial en la conexión correspondiente al desarrollo de la resistencia probable en los lugares seleccionados para que ocurra fluencia, basados en el mecanismo dominante de la deformación inelástica lateral, considerando tanto los efectos de la carga por gravedad como por sismo. Diseño por capacidad de la conexión fuerte d) El refuerzo longitudinal principal debe ser continuo a lo largo de las conexiones y debe desarrollarse fuera, tanto de la conexión como de la región de la articulación plástica. (empalmes y conectores mecánicos permiten continuidad) 14

15 Pórticos prefabricados especiales con conexiones fuertes e) En conexiones columna-columna, ΦS n debe ser al menos 1.4 S e, ΦM n debe ser al menos 0.4M pr para la columna dentro de la altura del piso, y ΦV n debe ser al menos V e calculado de acuerdo a (diseño por capacidad) Ejemplo de conexión fuerte 30 15

16 Ejemplo de conexión fuerte Pórticos prefabricados especiales con conexiones validadas por ensayos Deben cumplir con los requisitos de a) hasta c) a) ACI Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing b) Los detalles y materiales empleados en los especímenes de ensayo deben ser representativos de los usados en la estructura c) El procedimiento de diseño usado para diseñar los especimenes de ensayo debe defionir el mecanismo por el cual el prórtico resiste los efectos sísmicos y de gravedad, y debe establecer los valores de aceptación que garanticen ese mecanismo. 16

17 Ejemplo de conexión validada por ensayo ACI Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing ACI Design Specification for Unbonded Post Tensioned Precast Concrete Special Moment Frames Satisfying ACI and Commentary 33 Ejemplo de conexión validada por ensayo Edificio Prefabricado con conexiones híbridas Espacio Riesco. Santiago 2003 Diseño: Patricio Bonelli Prefabricados: Precon Mandante: ICH 34 17

18 Ejemplo de conexión validada por ensayo ACI Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing Mandante: Momenta Laboratorio: Dictuc 35 Sistemas estructurales prefabricados en ACI capítulo 18 Muros intermedios Conexiones con fluencia en elementos de acero (18.5.2) (Conexión dúctil) Las disposiciones de 18.5 tienen la intención de dar como resultado un muro estructural prefabricado intermedio con una resistencia y tenacidad mínimas equivalente a la de un muro estructural de concreto reforzado ordinario, construido en obra. (Comentarios al Cap. 2) 18

19 Muros prefabricados intermedios (18.5) Los muros prefabricados intermedios deben cumplir con: En las conexiones entre los paneles de muro, o entre los paneles de muro y la cimentación, se debe restringir la fluencia a los elementos de acero o al refuerzo En los elementos de la conexión que no han sido diseñados para fluir la resistencia requerida debe basarse en 1.5S y de la porción de la conexión que fluye En estructuras asignadas a una Categoría de Diseño Sísmico D, E y F los machones de muros deben diseñarse de acuerdo con o (aumentar la resistencia al corte en segmentos verticales de muro ) Muros prefabricados intermedios (18.5) Los muros prefabricados intermedios deben cumplir con: En las conexiones entre los paneles de muro, o entre los paneles de muro y la cimentación, se debe restringir la fluencia a los elementos de acero o al refuerzo En los elementos de la conexión que no han sido diseñados para fluir la resistencia requerida debe basarse en 1.5S y de la porción de la conexión que fluye En estructuras asignadas a una Categoría de Diseño Sísmico D, E y F los machones de muros deben diseñarse de acuerdo con o (aumentar la resistencia al corte en segmentos verticales de muro ) 19

20 Muros prefabricados intermedios (18.5) Sistemas estructurales prefabricados en ACI Capítulo 18 Muros especiales Conexiones dúctiles ( ) Conexiones con tendones postensados que no cumplen lo anterior ( ) Las disposiciones de pretenden obtener un muro estructural prefabricado especial, con una resistencia y tenacidad mínimas equivalentes a las de un muro estructural reforzado especial de concreto construido en sitio (Comentario al Cap. 2) 20

21 Muros prefabricados especiales con conexión dúctil Deben cumplir los siguientes requisitos: Los muros estructurales especiales construidos usando concreto prefabricado deben cumplir con todos los requisitos de 18.10, además de (Conexión dúctil) Mecanismos de deformación alternativos 21

22 Muros prefabricados especiales validados por ensayos Deben cumplir los siguientes requisitos: Se permiten muros estructurales especiales contruidos usando concreto prefabricado y tendones postensados no adheridos y que no cumplen con los requisitos de siempre que cumplan con los requisitos del ACI ITG5.1 ACI ITG Acceptance Criteria for Special Unbonded Post Tensioned Precast Structural Walls Based on Validation Testing ACI ITG Requirements for Design of a Special Unbonded Post Tensioned Precast Wall Satisfying ACI ITG-5.1 and Commentary Muros prefabricados especiales validados por ensayos 22

23 Sistemas estructurales prefabricados en ACI capítulo 18 Elementos que no se designan como parte del sistema sismoresistente Vigas y columnas prefabricadas ( ) Machones de muro ( ) La sección sólo es aplicable a estructuras asignadas a CDS D, E o F. Para estas CDS, se exige que todos los miembros estructurales que no se designan como parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas, se diseñen para resistir las cargas gravitacionales mientras se encuentran sometidos al desplazamiento de diseño. Como podemos diseñar estructuras prefabricadas usando ACI 318? 23

24 Disposiciones en DS60 Para el diseño de elementos sismoresistentes de hormigón armado todas las regiones del territorio nacional deben ser consideradas de elevado riesgo sísmico. Todas las estructuras de hormigón armado construidas en el territorio nacional deben asignarse a Categoría de Diseño Sísmico D Se permite el uso de muros estructurales ordinarios en estructruras de hasta 5 pisos que hayan sido diseñadas con R menor o igual a 4 En estructuras mixtas con muros y marcos se permite el uso de marcos intermedios Los marcos en edificios estructurados exclusivamente con marcos deben ser considerados como marcos especiales Conclusión: Es posible diseñar adecuadamente estructuras prefabricadas con pórticos y muros prefabricados usando ACI en conjunto con el DS 60 (NCh 430) y el DS 61 (NCh 433) 24

25 Gracias 25