Comentarios sobre uso de sistemas de baja ductilidad en Perú. Guillermo Huaco PhD PE. Febrero 2018

Transcripción

1 Comentarios sobre uso de sistemas de baja ductilidad en Perú Guillermo Huaco PhD PE Febrero 2018

2 Los muros de ductilidad limitada se empiezan a utilizar desde 1997 Fuente: Adolfo Galvez Viviendas Economicas con Mallas Electrosoldadas

3 Primeros muros ensayados: f c=100kg/cm2

4 Módulo de un nivel

5 Módulo de dos niveles

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7 Reparación del Módulo de dos niveles

8 Entre existe un vacio legal para este tipo de muros por lo que se tomaba como Muro Tradicional de Concreto Armado: Coeficiente de Reducción R=6 Max Distorsión = 0.7% Comportamiento por Corte (Altura <= 6 pisos) Fuente: Dr. Carlos Zavala CISMID UNI

9 Entre existe un vacio legal para edificios con altura mayor a 6 pisos! Comportamiento de Flexión y Corte simultaneo

10 Fuente: Adolfo Galvez Viviendas Economicas con Mallas Electrosoldadas

11 Muros y Modulo de un nivel: Concreto f c=175 kg/cm2 y fibra de polipropileno. Mallas electrosoldadas entre 6 a 7mm 15cm Fuente: Tesis Gabriela Medina FIC-UNI

12 3 muros: Concreto f c=175 kg/cm2 Fuente: Angel San Bartolome y Alejandro Muñoz PUCP

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16 Fuente: Muñoz - PUCP

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18 Edificio 5 niveles Viviendas 20m x 20m

19 20.00m 20.00m

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21 - En el 2006 se realizaron adendas a las provisiones sismicas y de concreto en el Peru pero no estaban aun muy claros. Discrepancias en el uso de la malla y las irregularidades estructurales en altura. - En el 2007 se realizo una convocatoria de ingenieros en la materia con la presencia donde el Dr. Richard Klingner planteo que la forma mas adecuada de verificar el valor de R era usando la metodologia del ATC En el 2008 se presentan los primeros resultados considerando edificios de 5, 8 y 12 niveles donde: - Su sistema estructural es de muros portantes. - Densidad de muros en el eje debil > 2.5% hasta 8 niveles, y >3% hasta 12 niveles. - Espesores de muros mayores a 10cm. - Uso de barras corrugadas ASTM 615 y ASTM 706 en los extremos y malla electro soldada ASTM A497 en el panel interior. - Altura de entrepiso de 2.50 m aproximadamente. - Luces interiores en los diafragmas rigidos no mayores de 4.50 metros.

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23 R = Ru x Ro Ru = R por ductilidad Ro = R por sobreresistencia

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28 NTE 030 Código Sísmico del Perú R puede llegar a ser menor de 4 debido a irregularidades en planta y altura

29 NTE 060 Código de Concreto en el Perú

32 Casos en Edificaciones: - Se presentaron edificaciones para viviendas tienen ambientes pequeños, con poca iluminación y ventilación. Estas viviendas no fue vendidas en su totalidad. - Un edificio de 16 niveles presento asentamientos y agrietamientos en los muros debido al sobrepeso no absorvido de los muros por la sobrecarga, el edificio no se vendio. Se construyó una edificación de 16 pisos utilizando este sistema de MDL, pero según norma nos dice primeros pisos de ser de muros tradicionales de concreto armado y los ultimos 6 de estos muros de ductlidad limitada.

33 Muro de Ductilidad Limitada: Principales Características 1 espesor 100mm espesor (RC walls: min150mm) Malla Electrosoldada 2 refuerzo (RC walls: solo barras ductiles Barras dúctiles en los bordes Fuente: Dr. Carlos Zavala CISMID UNI Mechas (dowells) de piso Inferior o cimiento

34 Muro de Ductilidad Limitada: Principales Características 3 construcción (RC : muros, luego losas y vigas) En una jornada de un día se puede habilitar el refuerzo de muros y losas en paños colaterales

35 Muro de Ductilidad Limitada: Principales Características 3 construción Vaciado de losas, vigas y muros en un día X Vaciado masivo del concreto, puede crear cangrejeras en las parte inferior del muro, ok Concreto fluido con fibras ok Reducción del tiempo de construcción

36 a) Creciente uso de muros de ductilidad limitada como sistema estructural resistente en el Perú. b) Falta de estudios de las contribuciones de los elementos de borde, especialmente en este tipo de muros. c) Diferencias entre ancho efectivo recomendado por ACI y NTE E-060. Lima, construcciones. Ancho Efectivo: 10% de la altura del muro a cada lado del alma 25% de la altura del muro a cada lado del alma Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI Cuál es la contribución de las alas de MDL y cuál es su incidencia en el comportamiento de estas estructuras?

37 Estado del Arte Influencia del Muro Perpendicular sobre Muro Plano De ensayos experimentales: Estudios de Barda (1972) en muros bajos. Estudios de Park y Paulay (1984). Estudios de Paulay y M. Priestley (1990) en albañilería de sección transversal T. Estudios de Wallace (1996) sugiriendo ancho efectivo de un cuarto de la altura. De análisis numéricos: Timoshenko y Goodier (1970) usan elasticidad al calcular ancho efectivo. Fan y Heins (1974) y Song y Scordelis (1990) usan EF lineales. Análisis no lineales en EF sobre muros de sección T por Pantazolopou y French (2001), en flexión pura, y Hassan y El-Tawil (2003), flexión y carga axial. Nota: Todos estos estudios fueron sobre muros típicos de concreto reforzado y no sobre MDL. Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI

38 COMPORTAMIENTO DE MUROS EN SU PLANO

39 Ensayos Significativos Fuente: Notas sobre el comportamiento de Edificaciones con Muros de Concreto Reforzados con Malla Electrosoldada Adolfo Gálvez, Javier Piqué, Hugo Scaletti, Carlos Zavala

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41 Factor de Reducción R y Máxima distorsión NTE-030-RNE R=4 ( /h)max Experimentalmente R=3.81 e=10 cm. R=3.18 e=10 cm. R=2.88 e= 8 cm Fuente: Dr. Carlos Zavala CISMID UNI

42 COMPORTAMIENTO DE MUROS CON EFECTO DE CONTRIBUCIÓN NO PLANAR

43 Hipótesis NTE E-060 es conservadora en la recomendación del ancho efectivo en muros de borde con consecuencias contraproducentes al garantizar una falla por flexión y evitar la falla por cortante (acápite ).

44 100 kn 200 kn L= 250 cm. H= 260 cm. e= 10 cm. Consideraciones de carga previo a un ensayo para componente de esfuerzo por corte

45 SHEAR STRESS ON WALL AND WEB WALLS

46 PROJECTO SATREPS PERU JAPON COOPERACIÓN TÉCNICA SCIENCE AND TECHNOLOGY RESEARCH PARTNERSHIP FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT (SATREPS)

47 ESPECIMENES EN UN PLANO Wall-01 & Wall-02

48 ESPECIMENES EN DOS PLANOS Wall-03 y Wall-04

49 0,9 2,3 0,3 0,3 2,3 0,3 0,3 2,5 0,1 0,9 BASE 0,15 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,15 3,3 A E L E V A C IÓ N L A T E R A L 0,31 0,9 0,31 0,9 2 MUROS 3Ø1/2" PLANOS 3Ø1/2" 2 MUROS DE SECCIÓN TRANSVERSAL H VIGA SOLERA (VS) 0,4 2,5 0,4 0,3 M1 2,5 0,1 TUBOS DE 2" TUBOS DE1-1/ 2" BASE E L E V A C IÓ N L A T E R A L A M1 0,4 2,5 TUBOS DE 0,42" V IST A E N P L A N T A A 2,5 2,5 0,3 TUBOS DE 2,3 2" Ø3/8": 10@,10; R@,15 V S (0.3 x 0.3) 0,15 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,15 3,3 A 0,3 0,3 V IST A E N P L A N T A C O R T E B -B 4Ø5/8'' Ø3/8": 10@,10; R@,15 V S (0.3 x 0.3) B B B B 2,3 0,3 4Ø5/8" 0,1 0,6 0,15 0,3 4Ø5/8" 3Ø1/2" 0,1 0,6 0,15 TUBOS DE 2" 3,3 M 1 (e=0.10m ) 0,3 2,5 VS 0,93,3 MCORTE 1 (e=0.10m A-A ) VISTA LATERAL 0,3 0,1 0,9 2,6 0,3 CORTE A-A VISTA LATERAL 3Ø1/2" 2,6 4Ø1/2" 0,3 4Ø1/2" 0,1 Muro : ( (As= 1.88cm2/m) VER DETALLE 1 TUBOS DE 2" DETALLE 1 SE MUESTRA EL TRASLAPE DE LA MALLA DE CIMENTACIÓN CON LA MALLA DEL MMURO VER DETALLE 1 4Ø1/2" 4Ø1/2" TUBOS DE 2" 2,5 0,9 0,9 TUBOS DE1-1/ 2" 0,9 0,9 0,1 0,1 0,3 0,1 0,1 A TUBOS DE 2" 0,4 2,92,5 0,4 2,92,5 A A 2,5 3,3 0 0,3 0,3 V IS T A E N P L A N T A TUBOS DE1-1/ 2" 0,3 0,3 0 M3: h=2,3 M4: h=2,4 A 0,9 0,1 M1 0 0,3 0,3 3,3 V IS T A E N P L A N T A TUBOS DE1-1/ 2" 0,3 BASE E L E V A C IÓ N A L A M3: h=2,3 M4: h=2,4 0 0,3 0,3 VIGA SOLERA (VS) TUBOS DE 2" 0,9 0,3 0,3 TUBOS DE VIGA 2" SOLERA (VS) 0,1 M1 BASE E L E V A C IÓ N A L M A M3: h=2,3 M4: h=2,4 0,3 0,9 TUBOS DE1-1/ 2" 0,1 M1 0,3 BASE E L E V A C IÓ N A L A M3: h=2,3 M4: h=2,4 TUBOS DE 2" 0,3 VIGA SOLERA (VS) TUBOS DE 2" 0,9 0,3 0,1 M1 BAS E L E V A C IÓ N A L M 0,3 0,3 Fuente: Proyecto SATREPS CISMID-JICA -UNI

50 Desplazamiento (mm) Fuente: Proyecto SATREPS CISMID-JICA -UNI SECUENCIA DE CARGAS Historia de desplazamientos laterales Carga axial constante Acción lateral cíclica ESPECÍMENES DE MDL MUROS PLANOS 2 MUROS DE SECCIÓN TRANSVERSAL h Actuador Actuador Gata 2 Gata 2 Gata 1 Gata 1

51 Base Shear (tf) RESULTADOS WALL-01 ESPÉCIMEN 01: FALLA POR CIZALLAMIENTO EN LA BASE CISMID/FIC/UNI-JICA SATREPS Project Low ductility concrete wall - Wall 01 24/02/ Displacement (mm) Fuente: Proyecto SATREPS CISMID-JICA -UNI 51

52 Base Shear (tf) RESULTADOS WALL-02 ESPÉCIMEN 02: FALLA POR CIZALLAMIENTO EN LA BASE CISMID/FIC/UNI-JICA SATREPS Project Low ductility concrete wall - Wall 02 18/02/ Displacement (mm) Fuente: Proyecto SATREPS CISMID-JICA -UNI

53 Base Shear (tf) RESULTADOS WALL-03 Desplazamientos registrados (mm) CISMID/FIC/UNI-JICA SATREPS Project Low ductility concrete wall - Wall 03 24/07/ ESPÉCIMEN 03: CORRIMIENTO EN LA BASE Historia de desplazamientos Desplazamientos en la viga Displacement (mm) Fuente: Proyecto SATREPS CISMID-JICA -UNI

54 Base Shear (tf) RESULTADOS WALL-04 ESPÉCIMEN 04: FALLA POR CORTANTE CISMID/FIC/UNI-JICA SATREPS Project Low ductility concrete wall - Wall 04 20/03/ Displacement (mm) Fuente: Proyecto SATREPS CISMID-JICA -UNI 54

55 Amortiguamiento AMORTIGUAMIENTO VISCOSO EQUIVALENTE 16% Amortiguamientos (Primeros Ciclos de cada repetición) Muro Plano: Muro 1 Muro Plano: Muro 2 Muro "H": Muro 3 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% Distorsión Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI 55

56 Rigidez (tf/mm) DEGRADACIÓN DE RIGIDEZ Degradación de Rigidez (Primer Ciclo) Muro Plano: Muro 1 Muro Plano: Muro 2 Muro "H": Muro 4 Muro "H": Muro Distorsión Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI 56

57 Fuerza Axial (tf) Fuerza (tf) Fuerza (tf) COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO PREDICHO POR NTE E-060 CON LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES MUROS PLANOS Curvas Envolventes MURO SECCIÓN H: 04 Espécimen 04 Curvas Envolventes 60 Flector (E 060 = 60 Ancho Efectivo: 26%H) 40 Espécimen Espécimen Flector Desplazamiento -60 (mm) -60 Desplazamiento (mm) Diagrama de Interacción 1200 Muro Plano 1000 Ancho Efectivo: 250 cm (100%H) 800 E 060 = Ancho Efectivo: 60 cm (26%h) DIAGRAMAS DE INTERACCIÓN: DIFERENTES ANCHOS EFECTIVOS Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI Momento Flextor X-X (tf-m)

58 COMPARACIÓN AGRIETAMIENTO ANALÍTICO CON EXPERIMENTAL EN ESPÉCIMEN 04 SIMULACIÓN NUMERICA FEM - DIANA Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI

59 CÁLCULO DE ANCHO EFECTIVO Ancho efectivo F Distribución de esfuerzos en el alma Distribución uniforme de esfuerzos en ancho efectivo Ala zda max ( beff w ) Distribución no lineal de esfuerzos en el ala f 59

60 Ancho efectivo (mm) Ancho efectivo (mm) Esfuerzo Vertical (KN/mm 2 ) Esfuerzo Vertical (KN/m 2 ) ANCHO EFECTIVO EN ALA EN COMPRESIÓN Distribución de esfuerzos verticales de concreto en ala en compresión Coordenadas de ala (mm) Ancho efectivo en compresión del espécimen 04 Espécimen 04 ACI Axial % 0.30% 0.80% 1.30% 1.80% Distorsiones de entrepiso Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI ANCHO EFECTIVO EN ALA EN TRACCIÓN Distribución de esfuerzos verticales de malla en 600 ala en tracción Coordenadas del ala (mm) En compresión: Para distorsión 0.005, el ancho efectivo es 1100 mm (11 veces el espesor del muro o casi 46% la altura del muro) En tracción: Para distorsión 0.005, el ancho efectivo es 1900 mm (19 veces el espesor del muro o casi 80% la altura del muro) Axial Ancho efectivo en tracción de espécimen 04 {Distorsion Espécimen 04 ACI NTE E % 0.20% 0.40% 0.60% 0.80% 1.00% Distorsiones 1.20% 1.40% 1.60% 1.80% Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI 60

61 Ancho efectivo (mm) Esfuerzo Vertical (KN/m 2 ) Distribución de esfuerzos verticales de malla en ala en tracción {Distorsiones Axial Coordenadas del ala (mm) Ancho efectivo en tracción de espécimen 04 Espécimen 04 ACI NTE E Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI % 0.20% 0.40% 0.60% 0.80% 1.00% Distorsiones 1.20% 1.40% 1.60% 1.80% Para distorsión 0.005, el ancho efectivo es 1900 mm (19 veces el espesor del muro o casi 80% la altura del muro) Fuente: Tesis -Luis Ceferino FIC-UNI 61

62 Ancho efectivo (mm) Resultados de los ensayos de laboratorio en web del CISMID: Variaciones del ancho efectivo en tracción en altura Modelo I: Altura 2.40 m Modelo II: Altura 4.80 m Modelo III: Altura 7.20 m Distorsiones 62

63 CONCLUSIONES - COMENTARIOS - Este sistema de muros de ductilidad limitada MDL comenso a ser usado en la decada de los 90s en el Peru - Sistema empezo a ser muy usado en el inicio del 2000, especialmente para viviendas economicas. - Se industrializo su uso llegando a reduccion de tiempo de construccion hasta 60% tiempo, por lo que fue muy requerido para su uso. - Desde fines de los 90s se realizaron ensayos de laboratorio de muros y modulos de uno y dos pisos. - Adendas al codigo de diseno en concreto armado peruano como cambios en las provisiones del codigo sismico desde durante el La metodologia del ATC-63 fue usada para calculos de valores de coeficientes de reducción R

64 CONCLUSIONES - COMENTARIOS - Para este sistema se debe de hacer un analisis sismorresistente por desempeno para ver el nivel de riesgo en a cual se encuentra con las varillas corrugas (fy=4200 kg/cm2) - Se observa que los materiales trabajan en su rango inelastico. - La Norma NTE-E-060 es demasiado conservadora al recomendar anchos efectivos en elementos de borde de MDL con consecuencias contraproducentes al garantizar falla por flexión. - Los modelos analíticos no-lineales generados a partir de los valores experimentales, muestran que el ancho efectivo en tracción es mayor al de la compresión.

65 Reflexión: QUE HACE QUE UNA ESTRUCTURA SE MANTENGA EN PIE Y QUE HACE QUE COLAPSE?