ing. rafael salinas - desempeño sismico de elementos estructurales innovadores
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1
DESEMPEÑO SÍSMICO DE SISTEMAS ESTRUCTURALES
INNOVADORES
Dr. Rafael Salinas Basualdo
Lima, 27 de junio de 2013
American Concrete Institute
Capítulo de Estudiantes – Universidad Nacional de IngenieríaDesempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Desarrollo del diseño sismorresistente para reducir el daño en las estructuras y en contenidos.
Estrategias diferentes a las convencionales:
1. Aumento en capacidad de control de los desplazamientos residuales con cierta disipación de energía: muros autocentrados.
2. Reducción de la solicitación sísmica en la estructura: aislamiento en la base.
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
OBJETIVOS
1. Estudiar analítica y experimentalmente el comportamiento ante acciones sísmicas de sistemas muro-pórtico con muros autocentrados, en caso de sismos leves y severos.
2. Proponer procedimientos para el análisis y diseño sísmico del sistema mencionado, con base en los resultados obtenidos.
3. Proponer un espécimen para el estudio de un sistema con aislamiento en la base.
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ANTECEDENTES
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
El sistema autocentrado es un concepto inicialmente ideadopara un puente ferroviario(1988).
Analizado para su uso en edificios por Priestley y Tao (1993).
Solución estructural basada en la inclusión de un tendón de presfuerzo en el eje vertical central de un muro sin empotramiento en la base (1999).
(Holden et al, 2001)
ANTECEDENTES
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Ensayos en murosConvencional (monolítico)
Autocentrado (híbrido)
(Restrepo, 2006)
ANTECEDENTES
El muro convencional empotrado presenta desplazamientos residuales.
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Ensayos en muros
2
PROPUESTAS PARA EL DISEÑO
• Kurama (2005): estrategia de diseño basada en desempeño.
• Rahman y Restrepo (2007): lineamientos parael diseño de muros: control de deslizamiento porcortante, control de postensado, dimensionadode barras disipadoras, control del eje neutro.
• Pennucci et al (2009): estrategia de diseñobasada en desplazamientos.
• ACI-ITG (2009): Requerimientos para el diseño de un muro especial de corte prefabricado con postensado no adherido y comentarios.
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN A1 (Mw = 30% Mt)
Muro de concretopresforzado90 x 350 mm
Base demuro
21
A
B
1647
2692
LingotesBase demarco
Dirección del ensaye
Base demarco
Armadurade conexión
Marcode acero
Marcode acero
60
20
440
3000
300
1º nivel
VarillalongitudinalØ6mm
EstribosØ3mm
Tendón depostensadoØ6mm
Ducto paratendón depostensado
Ducto paravarilla disipadora
350350
11
22
60
EstribosØ3mm
Varilla longitudinalØ6mm
350
901-1
2-2 90
350
Varilla longitudinalØ6mm
EstribosØ3mm
350
90
22
129
48.4
Tendón depostensado
Ø 6mm
Disipador Ø 6mm
Ducto paratendón depostensado
Ducto paravarilla disipadora
Cimentación
Muro
65 Disipadores Ø 6mm(superficie lisa)
Barra corrugada
Ø 38"
Ls =
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Periodo (s)
Sa
(g)
Fusible
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN A2 (Mw = 60% Mt)
Base demuro
Muro de concretopresforzado90 x 550 mm
Base demuro
21
A
B
1647
2692
Biela
Marcode acero
LingotesBase demarco
Base demarco
Dirección del ensaye
30
EstribosØ3mm
Varilla longitudinalØ6mm
2 2
1 1
550550
2-2
1-1
550
90
90
550
Tendón depostensado
Ø 7mm
Ducto paravarilla disipadora
Ducto paratendón depostensado
Tendón depostensadoØ7mm
EstribosØ3mm
VarillalongitudinalØ6mm
Varilla longitudinalØ6mm
EstribosØ3mm
1º nivel
300
3000
440
20
30
90
550
22
187
77
Disipador Ø 7mm
Ducto paravarilla disipadora
Ducto paratendón depostensado
Cimentación
Muro
100Disipadores Ø 7mm(superficie lisa)
Barra corrugada
Ø 12"
Ls =
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Periodo (s)
Sa
(g)
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Fusible
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
• Preparación de un modelo de análisis estructural elástico y no lineal para estructuras duales con muros autocentrados.
• Se calculó la curva momento-rotación del muro autocentrado con las expresiones propuestas por el ACI-ITG,2009.
• Se propone una expresión para estimar la longitud efectiva de la barra disipadora tipo “dog-bone”.
5.5 d s bL L d
4
´´
ydd s b b b
b c
fdL L d k
d f
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Longitud efectiva del disipador tipo ´´dog bone´´
Hipótesis:
•Deformaciones de la barra en la zona embebida en intervalo elástico.
•Transferencia de esfuerzos en la zona embebida se da por adherencia.
4
´´
ydd s b b b
b c
fdL L d k
d f
k´=0.90 (fy,f´c en MPa, Ls, db en mm)
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Longitud efectiva de los fusibles
Uso de información experimental previa para definir propiedades efectivas de la sección de los fusibles (16 ensayos).
L
M
h
M
1-1
b
h
1
1
f
f
f
f
h /2
h /2
s
= /L
= 2 s/ h
f
ff
f
VigaPTR 63.5x63.5x5L=698
Placa de fusible e=20
Bloque110x110x45
ColumnaPTR 63.5x63.5x5L=558±1
Angulo 3"x3"x1/4"L=140
Celda decarga
Carga lateral P
714
1230
Marco metálicopara fijación deconexión
sh
M u
5/8 M u
y‐ref0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16Rotación (rad)
M/M
y1
15
16u
ef gsh
fI I
E
ef
f
EIK
L
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
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El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
3
Modelos de análisis
1
3
5
7
9
11 38
36
34
32
30
28
4
2
6
8
10
12
13 1423
162415
182517
202619
222721 48 54 49
475346
4544 52
42 51 43
415040
39
37
35
33
31
29
55
56
57
58
59
64
63
62
61
60
69
68
67
66
65
Fusible de vigaFusible de viga
Fusible decolumna
Fusible decolumna
Viga Viga
Columna ColumnaMuro
70, 71Resortesrotacionales
Espécimen A1
= +
Mu
0.75 Mu
My1
y yR u
M
Envolventepara el análisis
Ma K1=My/y
Base del muro Ring-spring Bilineal elásticoTotal
• Modelo de plasticidad concentrada en la base del muro.
• Empleo de 2 resortes rotacionales en la base del muro.
• Programa empleado: Ruaumoko (Carr, 2010).
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Modelos de análisisEspécimen A2
• Modelo de plasticidad concentrada en la base del muro.
• Empleo de 2 resortes rotacionales en la base de cada muro.
• Programa empleado: Ruaumoko (Carr, 2010).
1
3
5
7
9
11 38
36
34
32
30
28
4
2
6
8
10
12
13 1423
162415
182517
202619
222721 48 54 49
475346
4544 52
42 51 43
415040
39
37
35
33
31
29
55
56
57
58
59
64
63
62
61
60
69
68
67
66
65
Fusible de vigaFusible de viga
Fusible decolumna
Fusible decolumna
Viga Viga
Columna Columna
70, 71Resortesrotacionales
72
73
74
75
76
81
80
79
78
77
Muros
82, 83Resortesrotacionales
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Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Movimiento en la base empleado
a MAX =-0.64g
-0.8
-0.4
0.0
0.4
0.8
0 10 20 30 40 50 60Tiempo (s)
Ac
eler
ació
n (g
)
0
1
2
3
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0Periodo (s)
Sa
(g)
NTCS
NTCS x2
Llolleo-5%
Ensayos realizados:• Vibración ambiental.• Vibración libre.• Movimiento sísmico de baja intensidad.• Movimiento sísmico de alta intensidad
(intensidad de diseño).• Movimiento sísmico de muy alta
intensidad (intensidad máxima aplicada).
Llolleo, Chile (1985)
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Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN A1
0.0
1.0
2.0
3.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0Periodo (s)
Sa
(g)
Medido
Objetivo
Sismo de Intensidad de diseño
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-1 0 1 2
Contribución modal
Alt
ura
rel
ativ
aModo 1-c
Modo 2-c
Modo 1-e
Modo 2-e
Contribuciones modales (comportamiento elástico, =1.5%)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.01 0.02 0.03 0.04
/H
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
Calculado0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3
Aceleración de piso/A máx_base
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
Calculado
f 1 =2.7 Hz f 2 =12.9 Hz
0
10
20
30
0 5 10 15 20 25Frecuencia (hz)
Am
pli
tud
Medido
Calculado
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
-4 -2 0 2 4
Distorsión global (%)
Mo/(
WH
)
Medido
Calculado
Calculado:
Mvo = 0.34 WH
R M = 3.1
Medido:
Mvo = 0.39 WH
R M = 3.0
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El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN A2
Sismo de Intensidad de diseño
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
-1 0 1 2
Contribución modal
Alt
ura
rel
ativ
a
Modo 1-c
Modo 2-c
Modo 1-e
0.0
1.0
2.0
3.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Periodo (s)
Sa
(g)
Medido
Objetivo
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.01 0.02 0.03 0.04
/H
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
Calculado0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3
Aceleración de piso/A máx_base
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
Calculado
f 1 =3.8 Hz
0
10
20
30
0 5 10 15 20 25Frecuencia (hz)
Am
pli
tud
Medido
Calculado
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
-4 -2 0 2 4
Distorsión global (%)
Mo/(
WH
)
Medido
Calculado
Calculado:
Mvo = 0.50 WH
R M = 2.0
Medido:
Mvo = 0.54 WH
R M = 2.5
Contribuciones modales (comportamiento elástico, =3.0%)
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
PARÁMETROS GLOBALES DE LA RESPUESTA
Movimiento de intensidad de diseño
Movimiento de intensidad máxima aplicada Espécimen Parámetro
Calculado Experimental Calculado Experimental
RM 3.1 3.0 4.3 4.4
V/W 0.48 0.54 0.55 0.57
o 1.8 2.1 2.1 2.3 A1
Drin/Drel 0.71 0.78 0.71 0.69
RM 2.0 2.5 2.3 3.0
V/W 0.70 0.70 0.76 0.76
o 2.7 2.9 2.9 3.0 A2
Drin/Drel 1.15 1.35 1.10 1.46
Espécimen Modo 1 Modo 2
A1 Medido
Calculado 0.38 0.37
0.08 0.06
A2 Medido Calculado
0.26 0.24
-- 0.03
Respuesta elástica - Periodos de vibración (s)
Respuesta inelástica
veM
vo
MR
M
oo
S
V
C W
voo
ef
MV
H
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
4
ESPECÍMENES EVALUADOS
• Tres especímenes miniatura de 5 niveles, diseñados con los mismos criterios de diseño sísmico y espectro de diseño sísmico.
• Dos especímenes duales autocentrados: A1 y A2. Un espécimen dual convencional: E1 (Sánchez, 2008).
• Sismo de intensidad de diseño (I.D.): Llolleo 1985.
E1
A1
A1
A2 A2
0
1
2
Sismo I.D. Sismo I.M.A.
I AS
M/I A
SO
Intensidad sísmica normalizada
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN E1 – dual convencional (Mw ~ 30% Mt)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Periodo (s)
Sa
(g)
Muro de concretoreforzado 80 x 250 mm
Base demuro
21
A
B
1647
2692
Lingotes
Dirección del ensaye
Marcode acero
Marcode acero
Armadurade conexión
Base demarco
Base demarco
1-1 80
250
Varilla longitudinal Ø6mm
EstribosØ6mm
2 2
1 1
250
EstribosØ6mm
VarillalongitudinalØ6mm
1º nivel
3000
60
60
5º nivel
3º nivel
22
1 1
Cimentación
250
802-2EstribosØ6mm
Varilla longitudinal Ø6mm
(Sánchez, 2008)
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Envolventes de aceleraciones y desplazamientosIntensidad de diseño
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Aceleración de piso/A máx_base
Alt
ura
rel
ativ
a
A1
A2
E1
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
Aceleración de piso/A máx_base
Alt
ura
rel
ativ
a
A1
A2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
/H
Alt
ura
rel
ativ
a
A1
A2
E1
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
/H
Alt
ura
rel
ativ
a
A1
A2
Intensidad máxima aplicada
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Reducción de la respuesta sísmicaIntensidad de diseño (ID)
Intensidad máxima aplicada (IMA)
T1T2
0
20
40
60
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Periodo (s)
Sa/
PG
A
Elástico
Inelástico-100%
T1T2
0
20
40
60
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Periodo (s)
Sa/
PG
A
Elástico
Inelástico-100%
T1T2
0
20
40
60
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Periodo (s)
Sa/P
GA
Elástico
Inelástico-100%
0
1
2
3
4
E1 A1 A2
PS
Ae/P
SA
in
T1T2
0
20
40
60
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Periodo (s)
Sa/
PG
A
Elástico
Inelástico-150%
T1T2
0
20
40
60
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Periodo (s)
Sa/
PG
A
Elástico
Inelástico-125%
0
1
2
3
4
5
6
A1 A2
PS
Ae/P
SA
in
ID
IMA
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
SobrerresistenciaValores calculados
Análisis pushover
oo
S
V
C W
Intensidad de diseño Intensidad máxima aplicada Espécimen
Calculado Experimental Calculado Experimental
E1 2.0 3.3 -- --
A1 1.8 2.1 2.1 2.3
A2 2.7 2.9 2.9 3.0
cu=0.55
cE=1.80
(=2%)
cD=0.25
c100=0.53
Dr_max =0.03
DrE
cE=1.42
(=5%)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 /H
V/W
cu=0.51
cE=2.06
(=1.5%)
cD=0.25
c150=0.55
Dr_150 =0.038
DrE
cE=1.32
(=5%)
Dr_100 =0.023
c100=0.47
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
/H
V/W
cu=0.87
cE=2.38
(x=3%)
0
cD=0.25
c125=0.76
Dr_125 =0.027DrE
cE=1.95
(=5%)
Dr_100 =0.023
c100=0.70
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
/H
V/W
Convencional E1 Autocentrado A1 Autocentrado A2
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Desplazamientos residuales
Distorsiones de entrepiso
0
1
2
3
0% 1% 2% 3% 4% 5%
Distorsión de entrepiso máxima (%)
IAA/I
AS
O
A1
A2
E1
0.0%
0.5%
1.0%
1.5%
2.0%
0% 1% 2% 3% 4% 5%
Distorsión de entrepiso máxima (%)
Dis
tors
ión
res
idu
al (
%)
A1
A2
E1
0.0%
0.5%
1.0%
1.5%
2.0%
0% 1% 2% 3% 4% 5%
Rotación máxima en columna (%)
Ro
taci
ón
res
idu
al (
%)
A1
A2
E1
0.0%
0.5%
1.0%
1.5%
2.0%
0% 1% 2% 3% 4% 5%
Rotación máxima en viga - nivel 2 (%)
Ro
taci
ón
res
idu
al (
%)
A1
A2
E1
Rotaciones en secciones críticas del pórtico
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Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
5
Aceleraciones máximas de pisoIntensidad de diseño
Intensidad máxima aplicada
Procedimiento PMR:
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3
a i_max /a o
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
PMR
RCSC
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3
a i_max /a o
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
PMR
RCSC0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3
a i_max /a o
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
PMR
RCSC
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3
a i_max /a o
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
PMR
RCSC
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3
a i_max /a o
Alt
ura
rel
ativ
a
Medido
PMR
RCSC
_ maxi i
o i o
a F
a m g a
2211 1
2
( , )( , )qr
q i a qi i a
qi M
S TF S T
m g R g g
E1 A1 A2
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Tendones de postensado sin adherencia
Muro de concreto prefabricado
Base de mortero
Barra disipadora de energía
0.85 f´c c bw
0.425c = a/2
ced
ed
0.5 Lw
Fpo
Fdy1
y
Sy po
Fdy2
Dimensionado del muro
1 1 2 0.852
wwd y po dy dy
L aM M F N F F a c
0.85 0.85 0.15MAX MAX wa c L
´1 2 0.85 po dy dy c wF N F F f b a
_ ´
43
2 wd
w Dc w
ML
f b
Restrepo y Rahman (2007):
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Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Eje de muro
c
0.5 Lw
ed ed
S
Disipador más tensionado
Disipadores
Longitud máxima del disipador
0.5
0.5
S wp po p pt
up w d
L cF F E A
L L e c
0.5
0.5
su s wp po p pt Lp pu
up w d
L LF F E A F
L L e
po o pu o pt pu Lp pu Lp pt puF F A f F A f
_
21
pu up ds MAX Lp o
p su w
f L eL
E L
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Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Fuerza de postensado máxima
Tendón más tensionado
Eje de muro
c
0.5 Lwep ep
Tendones PT
1 1 1 0.5 p po p p w pup
F F E A L e cL
0.5 p po p w pup
f f E L e cL
55 w
o Lp MAXup
L
L
40 w
o Lp MAXup
L
L
Para el estado límite en el cual, = MAX, considerando c = 0.15 Lw, ep es 0.15 Lw,(dentro del tercio central):
Fuerza en el tendón más tensionado:
Si el tendón está en el eje del muro (ep = 0):
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Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Influencia de los disipadores y el postensado en M-
su L s L wLímite superior
aproximado
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05Rotación (rad)
M/(
f'c.
bw.L
w2 )
0.007
0.013
0.019
0.021
0.024
f´ c = 44.1 MPa
b w = 0.09m
L w = 0.35m
F dy (F po +N) Límite superioraproximado
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05Rotación (rad)
M/(
f'c.
bw.L
w2 )
0.20
0.40
0.56
0.70
0.80
f´ c = 44.1 MPa
b w = 0.09m
L w = 0.35m
/f´ cLímite superior
aproximado
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05Rotación (rad)
M/(
f'c.
bw.L
w2 )
0.023
0.030
0.034
0.038
0.041
f́ c = 44.1 MPa
b w = 0.09m
L w = 0.35m
L d
0
0.02
0.04
0.06
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05Rotación (rad)
M/(
f'c.
bw.L
w2 )
ACI-ITG
Pennucci (var.)
Propuesta
f´ c = 44.1 MPa
b w = 0.09m
L w = 0.35m
Análisis paramétrico -muro del espécimen A1
Variación de su.Ls/Lw Variación de Fdy
Variación de Fpo Variación de Ld
poo
g
F N
A
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Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Rigidez rotacional de la base del muro con fines de diseño
Los análisis paramétricos mostraron la posibilidad de asociar 0.75 Mu con un valor de = yR que no presenta influencia significativa de la fuerza de postensado o el área de los disipadores.
Mu
Ma
My1
y1 u
M
Krd=My1/y1
Mu
0.75 Mu
My1
y1 yR u
M
11 1
0.25 0.251
1 1yR y u
y y
u u
M M
M M
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Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
6
Rotación última y distorsión admisible
Mu
0.75 Mu
My1
y1 yR u
M
Con propósitos de predimensionado, y si se supone c = 0.15 Lw y se conoce que ed < 0.062 Lw (ACI-ITG,2009):
0.400.97
0.412 su s su s su s
yRw w w
L L L
L L L
su syR rD
w
Ld
L
0.412 12.4
0.412
su s
wu
yR su s
w
LL
LL
2.5u rDd
Si se considera yR = drD:
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Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Parámetros de diseño sísmico
• Se valuaron espectros de respuesta de sistemas inelásticos de 1GDL, representativos de sistemas autocentrados y convencionales.
• Autocentrado: modelo tipo bandera.• Convencional: modelo de Takeda modificado.• Registros: Llolleo (suelo firme) y SCT (suelo blando).
Fyko
ko
rko
rko
Fy+
Fy-
F
d
No fluencia
Previa fluencia
Fy+
Fy-
F
d
Modelo tipo bandera Modelo de Takeda modificado
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Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Parámetros de diseño sísmico
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Des
pla
zam
ien
to (
m)
= 2 (convencional)
= 2 (autocentrado)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Des
pla
zam
ien
to (
m)
= 4 (convencional)
= 4 (autocentrado)
0
0.5
1
1.5
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Res
iste
nci
a (g
)
= 2 (convencional)
= 2 (autocentrado)
0
0.5
1
1.5
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Res
iste
nci
a (g
)
= 4 (convencional)
= 4 (autocentrado)
Registro Llolleo
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Ra
uto
/Rc
on
v
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Sd
in/S
de
l
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El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Parámetros de diseño sísmico
Registro SCT
0
1
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Ra
uto
/Rc
on
v
0
0.5
1
1.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Des
pla
zam
ien
to (
m)
= 2 (convencional)
= 2 (autocentrado)
0
0.5
1
1.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Des
pla
zam
ien
to (
m)
= 4 (convencional)
= 4 (autocentrado)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Res
iste
nci
a (g
)
= 2 (convencional)
= 2 (autocentrado)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Res
iste
nci
a (g
)
= 4 (convencional)
= 4 (autocentrado)
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (s)
Sd
in/S
de
l
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
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El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
EDIFICIOS ANALIZADOS
• 8 edificios de 6 niveles y 2 edificios de 15 niveles, de concreto reforzado. Uso: oficinas.
• Edificios de 6 niveles: 6 en suelo firme y 2 en suelo blando. • Edificios de 15 niveles: 1 en suelo firme y 1 en suelo blando.• Suelo firme: tipo II, zona D, Acapulco, Guerrero. Suelo
blando: tipo III-b, México D.F.• Se desarrolló un procedimiento de diseño sísmico para esta
clase de edificios.
7.5
30 m
A
1
B
C
7.5
15 m
7.57.5 7.5
432
7.5
5
7.5
30 m
A
1
B
C
7.5
15 m
7.57.5 7.5
432
7.5
5
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Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Resistencia lateral – análisis pushoverEdificios en suelo firme
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Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
C D =0.43
C u =0.90
C y =0.48
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.01 0.02 0.03 0.04 /H
V/W
C D =0.215
C u = 0.55
C y =0.27
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.01 0.02 0.03 0.04 /H
V/W
C D =0.43
C u =1.17
C y =0.56
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.01 0.02 0.03 0.04 /H
V/W
Edificios de 6 pisos
Edificios de 15 pisos
7
Resistencia lateral – análisis pushoverEdificios en suelo blando
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El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
C D =0.21
C u =0.51
C y =0.25
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.01 0.02 0.03 0.04 /H
V/W
C D =0.11
C u =0.29
C y =0.14
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.01 0.02 0.03 0.04 /H
V/W
C D =0.225
C u =0.55
C y =0.26
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.01 0.02 0.03 0.04 /H
V/W
Edificios de 6 pisos
Edificios de 15 pisos
Análisis dinámico no linealEdificios en suelo firme Edificios en suelo blando
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.4
0.8
1.2
0 10 20 30 40 50 60Tiempo (s)
Ac
ele
rac
ión
(g
)
Ü max = 0.96g
0
1
2
3
4
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Periodo (s)
Ac
ele
rac
ión
es
pe
ctr
al (
g)
NTCS
NTCS x2
Llo-150
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0 10 20 30 40 50 60Tiempo (s)
Ac
ele
rac
ión
(g
)
Ü max = 0.17g
0
1
2
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0Periodo (s)
Ac
ele
rac
ión
es
pe
ctr
al (
g)
NTCS_DF
NTCS_DF x2
SCT
Registro empleado: Llolleo 150%
Registro empleado: SCT 100%
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Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Análisis dinámico no linealEdificios en suelo firme Edificios en suelo blando
AC
6-1
AC
6-2
AC
6-3
AC
6-4
AC
6-5
AC
6-6
AC
15-1
0
1
2
3
4
5
0 0.5 1 1.5 2Periodo (s)
Ace
lera
ció
n e
spec
tral
(g
)
DF
6-1
DF
6-2
DF
15-
1
0
0.5
1
1.5
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5Periodo (s)
Ace
lera
ció
n e
spec
tral
(g
)
0
2
4
6
8
10
12
AC
6-1
AC
6-2
AC
6-3
AC
6-4
AC
6-5
AC
6-6
AC
15
-1
DF
6-1
DF
6-2
DF
15
-1
Q
RM
mD
mq
D
RM
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Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Análisis dinámico no lineal
Edificios de 6 niveles Edificios de 15 niveles
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Aceleración máxima de piso/A max_base
Alt
ura
rel
ativ
a
AC6-1
AC6-2
AC6-3
Convencional
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Aceleración máxima de piso/A max_base
Alt
ura
rel
ativ
a
DF6-1
DF6-2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Aceleración máxima de piso/A max_base
Alt
ura
rel
ativ
a
AC15-1
DF15-1
Convencional
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.005 0.01 0.015 /H
Alt
ura
rel
ativ
a
AC6-1
AC6-2
AC6-3
Convencional
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.005 0.01 0.015
/H
Alt
ura
re
lati
va
DF6-1
DF6-2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.005 0.01 0.015
/H
Alt
ura
rel
ativ
a
AC15-1
DF15-1
Convencional
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Análisis dinámico no lineal
Edificio convencional de 6 niveles Edificio autocentrado de 6 niveles
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
-2 -1 0 1 2Distorsión global (%)
Mv/(
WH
)
Mv MAX = 0.46 WH
RM = 1.6
Dr MAX = 0.84%
Dr PERM = 0.1%
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
-2 -1 0 1 2
Distorsión global (%)
Mv/(
WH
)
Mv MAX = 0.56 WH
RM = 2.7
Dr MAX = 1.0%
Dr PERM = 0.01%
• Distorsión global máxima de similar magnitud (0.9 a 1.0%)• Distorsión global permanente: autocentrado 0.01%,
convencional 0.10%.• Muros: autocentrado 0.40x7.50m, convencional 0.30x4.00m.
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Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
Introducción
El muro autocentrado
Estudio experimental
Desempeño sísmico de especímenes
Diseño sísmico de edificios con sistemas duales autocentrados
Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN CON AISLAMIENTO SÍSMICO EN LA BASE
160
Proyección de basede columna de marco
Orificio Ø 1-1/4"
Placa 375x375x2"
38
38
Eje de placa
Placa para fijar la estructura
Placa de apoyo para marco
Placa 375x375x2"
Placa 375x375x2"
AisladorØ 160mm
H = 145mm145
1 1
ELEVACIÓN
CORTE 1-1
6
520
6
5
5 (típico)
23 platinas de aceroASTMA-50
espesor 1mm @ 6mm
Núcleo de plomo Ø 20mm
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
8
ESPÉCIMEN CON AISLAMIENTO SÍSMICO EN LA BASE
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
0.19Sa/Rm = 0.63
T F T A0
1
2
3
4
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0Periodo (s)
Ace
lera
ció
n a
bso
luta
(g
)
T F T A0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Periodo (s)
Des
pla
zam
ien
to r
elat
ivo
(m
)
Introducción
El muro autocentrado
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Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones Efectos del aislamiento sísmico
ESPÉCIMEN CON AISLAMIENTO SÍSMICO EN LA BASE
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05Distorsión máxima de entrepiso
Alt
ura
re
lati
va
EM2 aislado
EM2 fijo
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Aceleración máxima de piso/A max_base
Alt
ura
rel
ativ
a
EM2 aislado
EM2 fijo
1
3
5
7
9
11 38
36
34
32
30
28
4
2
6
8
10
12
13 1423
162415
182517
202619
222721 48 54 49
475346
4544 52
42 51 43
415040
39
37
35
33
31
29
59
58
57
56
55
Fusible de vigaFusible de viga
Fusible decolumna
Fusible decolumna
Viga Viga
Columna Columna
60 6261 63
Aislador sísmico Aislador sísmico
Análisis dinámico no lineal
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Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones Efectos del aislamiento sísmico
ESPÉCIMEN CON AISLAMIENTO SÍSMICO EN LA BASE
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Análisis dinámico no lineal
Espécimen con base fija Espécimen con aislamiento sísmico
-100
-50
0
50
100
-5.0% -2.5% 0.0% 2.5% 5.0%Distorsión global
Mo
men
to d
e vo
lte
o (
kN-m
)
-100
-50
0
50
100
-5.0% -2.5% 0.0% 2.5% 5.0%Distorsión global
Mo
men
to d
e vo
lte
o (
kN-m
)
Histéresis global en las estructuras
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Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN CON AISLAMIENTO SÍSMICO EN LA BASE
Desempeño sísmico de sistemas estructurales innovadores
Análisis dinámico no lineal
Espécimen con base fija Espécimen con aislamiento sísmico
-100
-50
0
50
100
-5.0% -2.5% 0.0% 2.5% 5.0%Distorsión global
Mo
men
to d
e vo
lte
o (
kN-m
)
-100
-50
0
50
100
-5.0% -2.5% 0.0% 2.5% 5.0%Distorsión global
Mo
men
to d
e vo
lte
o (
kN-m
)
-6
-4
-2
0
2
4
6
-60 -40 -20 0 20 40 60Desplazamiento lateral (mm)
Co
rtan
te (
kN
)
Histéresis en el
aislador sísmico
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Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
ESPÉCIMEN CON AISLAMIENTO SÍSMICO EN LA BASE
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Análisis dinámico no lineal
Espécimen con base fija Espécimen con aislamiento sísmico
-6
-4
-2
0
2
4
6
-0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050Rotación (rad)
Mo
men
to (
kN-m
)
-6
-4
-2
0
2
4
6
-0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050Rotación (rad)
Mo
men
to (
kN-m
)
Histéresis en sección crítica de columnas
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Desempeño sísmico de edificios
Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
CONCLUSIONES
• Los especímenes con muros autocentrados tuvieron un desempeño sísmico comparable con el alcanzado en el espécimen con muro convencional.
• A mayor participación de los muros en Mv, mayor sobrerresistencia.
• Es posible aplicar el procedimiento PMR para el cálculo de las aceleraciones de piso de las estructuras muro-pórtico con muros autocentrados, de manera similar a su aplicación en estructuras convencionales.
• Las distorsiones de entrepiso residuales para el sismo de intensidad de diseño fueron mínimas en los especímenes con muros autocentrados.
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Conclusiones
9
CONCLUSIONES
• Las deformaciones residuales en las secciones críticas de los pórticos de los especímenes, se redujeron en similar proporción a lo obtenido a nivel de las distorsiones residuales de la estructura total.
• Los modelos de análisis estructural para los especímenes con muros autocentrados presentaron resultados que tuvieron una buena correlación con los experimentales.
• Se establecieron expresiones para el diseño del muro autocentrado, la fuerza de postensado inicial y la longitud de las barras disipadoras. Asimismo, una rigidez en la base de los muros autocentrados, para fines de análisis sísmico.
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Espécimen con aislamiento sísmico
Conclusiones
CONCLUSIONES
• Para el diseño sísmico de los sistemas muro-pórtico con muros autocentrados es razonable emplear factores de reducción similares a los empleados en sistemas convencionales.
• Se propone una estrategia de diseño sísmico para edificios con el sistema en estudio, la cual fue empleada en el diseño y análisis de edificios de 6 y 15 niveles, en suelo firme y suelo blando.
• Los resultados de los estudios experimentales y analíticos muestran que los sistemas muro-pórtico con muros autocentrados presentan en general un desempeño semejante al de un sistema muro-pórtico con muros convencionales, con la propiedad adicional de presentar menores desplazamientos residuales.
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