Conceptos para el Diseño de Muros de Concreto Armado en Perú

7/17/2019 Conceptos para el Diseo de Muros de Concreto Armado en Per

1/156

CONFERENCIA

CONCEPTOS DE DISEOESTRUCTURAL DE MUROS DE

CONCRETO ARMADO EN ELPERU

ASOCEM

ANTONIO BLANCO BLASCO

DANIEL CHANG

HAROLD FLORES


2/156

Conceptos de diseo estructural de muros

de concreto armado (placas) en el Per

Juan Antonio Blanco BlascoAntonio Blanco Blasco Ingenieros EIRLAgosto de 2015

Estadio Nacional del Per


3/156

Evolucin de las estructurasde concreto armado en el Per

Disposiciones normativaspara el diseo de placas

Ejemplos de uso de placas endiversas estructuras peruanas

Esta presentacin se enfoca en los muros deconcreto armado (placas), como elementosestructurales con responsabilidad sismorresistente


4/156

Evolucin de las estructurasde concreto armado en el Per



PRIMERA PARTE DE LA CONFERENCIA


5/156

Desde la dcada de los 70 en el Per secomienzan a usar muros de C.A., buscandodar mayor rigidez lateral a las edificaciones

Los edificios hasta la dcada de los 60 tenan pocas

placas. Slo se usaban prticos (columnas y vigas).

Edificio en la esquina de Av. Tacna y Av. Colmena(sistema aporticado de 24 pisos)


6/156

Los sismos 1966, 1970 y 1974 fomentarongrandes cambios en la forma deestructurar edificaciones en el Per

Los principales problemas se generaron en columnas cortasde unidades escolares, en columnas ms dbiles que vigas,y en edificaciones cimentadas en zonas de suelo blando.

La foto muestra un edificio de PISCO, a dos cuadras de laPlaza de Armas.


7/156


Foto de PISCO mostrando falta de rigidez en la direccin dela fachada.


8/156


La columna corta siempre estuvo presente en los sismosdel Per.


9/156


La falta de rigidez en la direccin paralela a la fachada.


10/156


Se comienzan a utilizar programas de cmputo en elanlisis de estructuras.

El ACI318 en 1971 incluye por primera vez un captulodedicado al diseo sismorresistente de edificaciones.

En 1976 se publica la primera norma de diseosismorresistente en el Per, con mayor informacin queel captulo que haba en el reglamento de 1970.


11/156

En las dcadas de los 70 y 80 segeneraliza el uso de placas en los linderosy en la direccin transversal

Se generaliza el uso dealbalera confinada para

obtener rigidez enedificaciones de pocos pisos.

Surge preocupacin en lainteraccin de la estructuracon los tabiques de ladrillo.


12/156



13/156



14/156

El sismo de Nazca de 1996 pone enevidencia que la norma peruana de 1977subestima las deformaciones ssmicas

Colegios flexibles en una direccin nuevamentepresentan daos por columnas cortas, pese a la

colocacin de juntas en los tabiques.


15/156


En 1997 se modifica el reglamento, el cual exigeconsiderar mayor cantidad de placas para disminuir

las deformaciones laterales.


16/156


En 1997 se modifica el reglamento, el cual exigeconsiderar mayor cantidad de placas para disminuir

las deformaciones laterales.


17/156

El problema actual es que pese a lasexigencias actualizadas de la norma,

existen muchas edificaciones de medianaaltura con placas insuficientes

Se presentan a continuacin algunas estructurascontemporneas de concreto armado que presentanuna densidad de placas en planta adecuada.


18/156

Proyecto Hotel San Isidro (2007)(Hotel Westin Libertador)


19/156

Proyecto Torre Ciurlizza (2003)


20/156

Proyecto Multifamiliar Quiones 285 (2003)


21/156

SEGUNDA PARTE DE LA CONFERENCIA

Evolucin de estructuras deconcreto armado en el Per




22/156

El diseo de placas en el Per se rigepor las disposiciones del ReglamentoNacional de Edificaciones E.060 (2006)

Nuestra norma incluye el Captulo 21, dedicado adiseo bajo solicitaciones ssmicas, inspirado en el

Captulo 21 del manual del ACI318 (hasta el ao 2011).


23/156


La versin vigente del manual del ACI318 (2014) tiene unanueva organizacin de captulos, y las disposiciones para

elementos sismorresistentes estn ahora en el Captulo 18.


24/156


Esta nueva versin presenta ciertos cambios en lamagnitud de sus exigencias, pero su espritu y fondo

mantiene similitud con el RNE E.060 Captulo 21.


25/156

SISTEMAS ESTRUCTURALESSEGN LA NORMA PERUANA

El RNE E 030 Di Si i t t


26/156

El RNE E.030 Diseo Sismorresistenteclasifica los sistemas estructurales en trescategoras, con distinto factor de reduccin (R)

Prticos (R=8): El 80% o ms de la fuerza cortante basalssmica acta sobre las columnas de prticos.

Muros (R=6): El 80% o ms de la fuerza cortante basalssmica acta sobre los muros estructurales.

Dual (R=7): Las acciones ssmicas son resistidas por unacombinacin de prticos y muros estructurales.

El RNE E 060 C t A d l ifi l


27/156

El RNE E.060 Concreto Armado clasifica a lossistemas duales en dos categoras segnpredomine el aporte de muros o columnas

Dual I: Cuando la fuerza cortante en los muros es mayor oigual al 60% de la cortante basal, y menor al 80%.

Dual II: Cuando la fuerza cortante en los muros es menor al60% de la cortante basal.

Esta distincin no existe en el ACI 318, y busca dar mayorseguridad a columnas cuando el sistema es de prticos odual tipo II.

El it d l l i i


28/156

El espritu de la norma es que las exigenciasde diseo sean ms estrictas en los elementoscon mayor responsabilidad sismorresistente

Sistema de murosestructurales y dual tipo I

Sistema de prticos ydual tipo II

Mismas exigencias para losmuros sismorresistentes detodos los sistemasestructurales.

Mayores exigencias encolumnas y vigas en el

diseo por capacidad yrequerimientos deconfinamiento.

Especial cuidado en eldiseo de placas.

Especial cuidado en eldiseo de placas (si las hay)

y columnas.

S t ti i l di


29/156

Se presentan a continuacin las diversasdisposiciones de diseo para muros deconcreto armado

En el reglamento peruano estas se encuentran en los

captulos 14 (muros) y 21 (diseo ssmico).


30/156

DEFINICIN DE PLACA

L l d


31/156

Los muros o placas son paredes con unalongitud muy superior a su ancho, y queproporcionan gran rigidez y resistencia lateral

El comportamiento de los muros es distinto al de columnas,pues presentan importantes deformaciones por corte.


32/156

La norma peruana y el ACI 318 no indican uncriterio que distinga una columna de un muro

Algunos ingenieros consideran a un elemento vertical comomuro o columna, segn la distribucin de momentos que

presente ante cargas laterales.

Piso 1

Piso 2

Piso 3

Piso n

DMF Placas DMF Columnas


33/156

En el caso de placas, el diagrama en voladizo implica que eledificio se apoya en el elemento. En el caso de columnas, eldiagrama con inversiones implica que el elemento trabaja

junto con las vigas formando prticos.

Piso 1

Piso 2

Piso 3

Piso n

DMF Placas DMF Columnas


34/156

ESPESORES MNIMOSDE MUROS


35/156

Los espesores mnimos para placas de lanorma peruana buscan limitar su esbeltez

El espesor mnimo es de 1/25 veces la altura entreelementos de arriostre (losas), pero no menos de 15cm

en pisos superiores y 20cm en stanos contra terreno.


36/156

Para edificaciones de ductilidad limitada seaceptan espesores menores, de hasta 10cm

Se limita a edificaciones con 7 pisos, para muros sin

necesidad de elementos de confinamiento.


37/156

Se debe verificar la capacidad portante del muro en funcinde su esbeltez. Se utiliza la siguiente frmula emprica:

Para un muro de 10cm de espesor, altura libre de 2.40m yresistencia de concreto del orden de 200kg/cm2, el esfuerzoltimo resistente es del orden de 30kg/cm2.

Para ambientes de 3m, un muro interior de una edificacinde 7 pisos se somete a cargas aproximadas de 27ton/m porpiso, y esfuerzos ltimos totales del orden de 27kg/cm2.


38/156

REFUERZO EN MUROS DECONCRETO ARMADO

El refuerzo se coloca para tomar efectos


39/156

El refuerzo se coloca para tomar efectoslocales (cargas concentradas) y efectosglobales (momentos de sismo, etc.)

Los efectos globales se toman mediante ncleos extremos(b) ms refuerzo repartido (c) en el alma.

Los efectos locales deben analizarse y pueden requerirncleos confinados (a) en las ubicacines de carga.

(a)(b) (b)

(c)(c)


40/156


41/156

Proyecto Altozanos Tacna (2013) - Muros de ductilidad limitada e=15cm

En edificios de ductilidad limitada, la gran cantidad de murosy el uso conservador de R = 4 permite un comportamiento

estructural bueno an sin ncleos en las placas.


42/156

NCLEOS PARA EFECTOSLOCALES

Cuando el muro recibe cargas concentradas


43/156

Cuando el muro recibe cargas concentradas,la zona con efectos locales se disea comouna columna

Se deben de respetar los requerimientos del Captulo 10 dela norma E.060.

Las cargas provenientes de vigas, braquetes, etc. actansobre una longitud efectiva igual o menor a b+4e.


44/156

REFUERZO DISTRIBUIDOMNIMO


45/156

El refuerzo mnimo distribudo se determinaen funcin de la fuerza cortante actuante

Para Vu < 50%Vc:

min(horizontal) = 0.2%

min(vertical) = 0.15%

Para Vu 50%Vc:

min(horizontal) = 0.25%

min(vertical) = 0.25%

Este requisito emprico controla el ancho de las fisurasinclinadas generadas por efectos de corte.

Cuando la placa tiene poca fuerza cortante a comparacinde su capacidad, se necesita menos refuerzo, porque elpeligro de fisuracin es menor.


46/156

El reglamento tambin controla el nmero decapas y espaciamiento del refuerzo distribuido

Cuando se tienen solicitaciones ssmicas altas, tenerrefuerzo cercano a la superficie del muro controla lafragmentacin del concreto.

Adicionalmente es necesario que el refuerzo seencuentre en dos capas si:Vu 50%Vc o e > 20cm, segn RNE E.060

Vu 50%Vc o hw/lw 2, segn ACI 318

smax(horiz. y vert.) < 40cm y 3t, segn el RNE E.060.

smax(horiz. y vert.) < 45cm y 3t, segn el ACI 318


47/156

Tener dos capas de refuerzo mejora la estabilidad de lacabeza comprimida por flexin de muros delgados.





hw = altura de muro entre losas,

lw = longitud del muro.


48/156

La norma peruana utiliza como parmetro el espesor y no eltrmino hw/lw, porque sino sera imposible el armado demuros de ductilidad limitada con una sola capa de refuerzo.





hw = altura de muro entre losas,

lw = longitud del muro.

E l ti tili i i t


49/156

En la prctica se utilizan espaciamientosmenores a los que exigen las normas

En casos de placas que requieren gran cantidad de refuerzohorizontal se pueden usar espaciamientos menores, de hasta15cm. Rara vez se utiliza menor espaciamiento para evitarproblemas de congestin.

Para acero horizontal se utilizan espaciamientosiguales a los utilizados en el espaciamiento vertical,siempre que sea posible.

Para acero vertical se utilizan comnmenteespaciamientos de 20 a 25cm. No se suelen superarespaciamientos de 30cm.

E b j l f ti l t


50/156

La norma exige que el refuerzo vertical sea mayor que elrefuerzo horizontal en el caso de muros donde hw/lw 2.

En muros bajos el refuerzo vertical tomaimportancia en la capacidad por corte

En muros bajos las fisuras de traccin diagonal por corteson poco inclinadas, en cuyo caso el refuerzo vertical

restrige la fisura ms que el refuerzo horizontal.

Fisura de traccindiagonal por corte


51/156

ESTRIBOS EN EL ALMA

Cuando la cuanta vertical de refuerzo


52/156

Cuando la cuanta vertical es elevada, es necesario tenerestribos de confinamiento que eviten el pandeo lateral delas barras.

Cuando la cuanta vertical de refuerzodistribudo excede 1%, el refuerzo debede contar con estribos de confinamiento

Los casos en donde hay una cuanta elevada en el alma,pero el refuerzo no se somete a carga axial son extraos,por lo que la norma peruana especifica estribos en todoslos casos sin distincin.

El ACI 318, a diferencia de la norma peruana, permite laausencia de estribos si el refuerzo no est sujeto a cargasde compresin, sin importar su cuanta.

Se recomienda que el refuerzo del alma


53/156

Es razonable que una placa con altos esfuerzos decompresin en servicio tenga toda su seccin confinada, yaque bajo cargas de gravedad se comporta como columna.

Se recomienda que el refuerzo del almatenga estribos de confinamiento cuandose tienen cargas axiales altas

La norma chilena exige que las placas se encuentrencompletamente estribadas, si bajo carga axial ltima degravedad los esfuerzos de compresin superan 35% de fcAg.

Ni la norma peruana ni el ACI 318 hacen mencin a estepunto, y queda al criterio del diseador la colocacin deestribos.

Proyecto Grupo El Comercio (2014)


54/156

y p ( )(34 Pisos + 7 Stanos)

Placa 4

11m 11m 11m

11m

11m

11m

11m

Casos donde senecesitan estribos

en el almaincluyen edificiosmuy altos, oncleos de placasque tienen mucha

rea tributaria.

Placa 4 Edificio Grupo El Comercio


55/156

Edificio Grupo El Comercio (proyecto)34 pisos + 7 stanos

Placa 4Edificio Grupo El Comercio


56/156

La Norma Peruana y el ACI exigen calcular C, paradefinir la necesidad de tener confinamientos en losextremos.

El ACI 318 del 2014 cambia la expresin.

ELEMENTOS DE BORDE,CLCULO DE C

La necesidad de elementos de borde segn


57/156

gla norma peruana se determina evaluando laprofundidad de la zona comprimida C

Son necesarios elementos deborde cuando la profundidaddel eje neutro en compresin

supera un valor crtico.

Los elementos de borde se ubican en la parte


58/156

La necesidad de elementos deborde aplica para murosesbeltos en donde las

exigencias de ductilidad seconcentran en la zona inferior.

Se estima que la zona de

articulacin plstica donde serequiere confinamiento es lamayor entre la longitud delmuro y Mu/4Vu.

Los elementos de borde se ubican en la parteinferior, donde se forma la rtula plstica

El ACI 318 (2014) ha vuelto ms severas las


59/156

( )exigencias con respecto a los elementos deborde en placas

En la edicin del 2014 del manual del ACI 318, se hadisminudo el valor lmite de C en 35%.

Este cambio, an no adoptado por el RNE E.060, evita queexista un salto sbito entre no necesiitar elemento de borde ynecesitar elementos de borde muy grandes.

Ejemplo de verificacin de C para definir


60/156

Ejemplo de verificacin de C para definirelementos de borde

Suponiendo la placa en un edificio de 30 pisos con una alturade entrepiso de 3.40m y con las siguientes condiciones:

lm = 600cm (largo de muro)

tm = 30cm (espesor de muro)

u = 30cm (desplazamiento mximo)

Mu = 3000ton.m (proviene del anlisis ssmico)

Vu = 80ton (proviene del anlisis ssmico)

Pu = 800 ton (proviene de la combinacin 1.25D+1.25LE)


61/156

Se determina el refuerzo vertical mnimo, considerando que elmuro tendr responsabilidad ssmica (Vu >> 50%Vc):

Asv = (0.0025)(100)(30) = 7.5cm2/m

Se predimensionan ncleos de 1m de longitud, con 161 acada extremo (81cm2), y refuerzo vertical 21/2@25cm(10.3cm2/m).

Diagrama de interaccin de diseo de la


62/156

Diagrama de interaccin de diseo de laseccin analizada

Capacidad

nominal reducida

Pu = 800ton

Mu = 3000ton.m


63/156

Para el punto analizado (Pu = 800ton) la seccin neutra seencuentra a una profundidad de c = 205cm.

Calculando el lmite de la norma E.060:

u/hm = 30/(20*340) = 0.0044 (se utiliza el mnimo 0.005)

lm/(600*u/hm) = 600/(600*0.005) = 200cm


64/156

Ya que la profundidad del eje neutro (c = 205cm) es mayorque el valor lmite 200cm, son necesarios ncleos confinados.

Los elementos de borde deben medir por lo menos 50%c yc10%lm.

En muros bajos predomina normalmente la primeracondicin, mientras que en muros altos la segunda.

Los elementos de borde necesarios para el caso estudiadomedirn 205 - 0.1(600) = 145cm como mnimo.


65/156

Ya que los ncleos originalmente considerados eran de100cm, se debe incrementar su profundidad.

Otra opcin vlida es estribar el refuerzo vertical en el almahasta la profundidad necesaria (145 cm). Esto es til cuandose requieren elementos de borde muy profundos, quepueden abarcar gran parte de la placa.


66/156

Ya que los ncleos originalmente considerados eran de100cm, se debe incrementar su profundidad.

Otra opcin vlida es estribar el refuerzo vertical en el almahasta la profundidad necesaria (145 cm). Esto es til cuandose requieren elementos de borde muy profundos, quepueden abarcar gran parte de la placa.

Estribos

adicionales

Estribosadicionales


67/156

Los elementos de borde senecesitan una altura h =3000/(4*70) = 10.7m, que

abarca los primeros 3 pisos.

Es normal tener ncleosconfinados en toda la altura,

que pueden ser de menorprofundidad en pisossuperiores donde no los exigeel reglamento.

Comparamos los elementos de borde


68/156

exigidos por la actual norma peruana y lasnuevas disposiciones del ACI 318 del 2014:

Para el caso de la placa previamente estudiada:

Mu = 3000ton.m, lm = 6m, hm = 68m

Esto significa que ahora el ACI 318 requiere ncleosconfinados en placas con zonas en compresin mspeques que antes (aproximadamente 35% ms pequeas).

Segn los nuevos lineamientos del ACI 318:

lm/(600*1.5u/hm) = 600/(600*1.5*0.005) = 133cm

Recordamos: La profundidad del eje neutro


69/156

Si analizamos la distribucin interna de esfuerzos de la placa,se puede notar que a mayor carga axial, el rea de la cabezaen compresin debe de ser mayor.

Por equilibrio:

Pu = COMPRESIN(concreto) - TRACCIN(aceros)

Mientras mayor Pu, mayor ser la compresin y mayor C.

mucha carga axial

est relacionado con la carga axial en laplaca


70/156

Si analizamos la distribucin interna de esfuerzos de la placa,se puede notar que a mayor carga axial, el rea de la cabezaen compresin debe de ser mayor.

Por equilibrio:

Pu = COMPRESIN(concreto) - TRACCIN(aceros)

Mientras menor Pu, menor ser la compresin y menor C.

poca carga axial


71/156

Esto significa que el nuevo ACI 318 exige ncleos paraplacas con menos carga axial que antes.

Una placa como la mostrada en el ejemplo, que segn lanorma peruana pudo o no necesitar elementos de borde,ahora claramente los requiere.

Comparamos los requerimientos de ncleos


72/156

Comparamos los requerimientos de ncleossegn RNE E.060 y ACI 318-14

La placa previamente analizada (c = 205cm), tienedemandas sismicas altas, y es lgico que necesite deelementos confinados en los bordes.

Bajo los criterios actuales del RNE E.060, la necesidad deelementos de borde no es tan evidente, pues la profundidaddel eje neutro queda muy cerca al valor lmite (200cm 205cm).

Para una placa de 6m como la estudiada, existe unamarcada diferencia entre la ausencia de elementos de bordey el elemento de borde mnimo de 140cm (casi 25% de lm).


73/156

Comparamos las exigencias de la norma peruanapara la placa del ejemplo, y una placa similar pero con

un poco menos de carga axial:

Si Pu = 800ton

Si Pu = 750ton

c = 205cm > 200cm

Ncleos de 145cm

(48% de la placa es confinada)

c = 197cm < 200cm

No requiere ncleos

(0% de la placa es confinada)

Es cuestionable que una variacin tan pequea en elanlisis genere un cambio tan grande en el diseo.

En un caso se confina casi la mitad de la placa (dosncleos de 24%Lm), y en el otro no se necesitan estribos.


74/156

Con la nueva exigencia del ACI 318, estas diferenciastan marcadas ya no existen, porque ahora tambin senecesitan ncleos para valores menores de C.

Si Pu = 750ton

c = 197cm > 133cm

Ncleos de 137cm(46% de la placa es confinada)

Con el nuevo ACI 318:

La edicin del 2014 del ACI 318 limita el i l d l


75/156

espesor mnimo en ncleos de placas quepresentan mucha compresin

Cuando ms del 38% de la placa est en compresin, elACI 318 exige un espesor mnimo de 30cm en losncleos confinados de borde de placa.

Esta exigencia, no presente en la norma peruana, se originapor problemas vistos en sismos recientes, donde placasmuy delgadas presentan problemas de inestabilidad.

alma e30cm

En general, las exigencias con respecto al t d b d l h


76/156

elementos de bordes en placas ahora sonmayores segn el ACI 318 del 2014

Comparando las exigencias nuevas (ACI 318-2014) yantguas (actual RNE E.060), se tiene que:

Para exigencias ssmicas bajas

(c < lmite nuevo), no se necesitan elementos de borde aligual que antes.

Para exigencias ssmicas intermedias(lmite nuevo < c < lmite antiguo), ahora se necesitanelementos de borde cuando antes no.

Para exigencias ssmicas altas(lmite antiguo 3/8lw < c), adems de necesitar elementosde borde, se limita su espesor mnimo a 30cm.


77/156

CONFINAMIENTO EN LOSELEMENTOS DE BORDE

En el caso de placas con alas, los ncleosen los encuentros deben entrar por lo menos


78/156

en los encuentros deben entrar por lo menos30cm dentro del alma

Cuando los esfuerzos en las alas son elevados (serequieren elementos de borde), los esfuerzos en la interfaz

ala-alma pueden generar fallas por aplastamiento local.

Zonas con

concentracin deesfuerzos locales

En elementos de borde el confinamiento selogra mediante la colocacin de estribos


79/156

logra mediante la colocacin de estribostransversales cerrados simples o mltiples

Fuente: RNE E.060 Concreto Armado

Bajo cargas de compresin el confinamiento evita que elncleo de concreto estalle y que el acero sufra pandeo,

mejorando la ductilidad del elemento.


80/156


La norma peruana exige que la distancia mxima entreramas de estribos sea 35cm, lo que puede interpretarse en

tener no ms de 15cm hacia una barra sin restringir.


81/156


El ACI 318 adicionalmente pide que la distancia entreramas sea como mximo 2/3 de la menor dimensin del

ncleo, lo cual es muy restrictivo en muros poco gruesos.


82/156

En la prctica suelen utilizarse siempre estribos de 3/8,salvo los ncleos sean de barras de 1.3/8, en cuyo casose utilizan estribos de 1/2.

Los calibres de estribos segn la norma son los siguientes:

8mm para barras longitudinales de hasta 5/8,

3/8 para barras longitudinales de hasta 1,1/2 para barras longitudinales de mayor dimetro.


83/156

Las exigencias de la norma significan que para ncleos debarras de 3/4 el espaciamiento en los primeros pisos esde 20cm, y para ncleos de barras de 1 es de 25cm.

El espaciamiento mximo de estribos en elementos deborde segn la norma peruana es el siguiente:

10 veces el dimetrode la menor barra longitudinal,

La menor dimensinde seccin transversal,

25cm.

El ACI 318 ha incrementado las exigenciasde confinamiento en elementos de bordes


84/156

de confinamiento en elementos de bordesque existan en el ao 2006

En muros gruesos con ncleos de barras de 3/4 elespaciamiento en los primeros pisos es de 10cm, y parancleos de barras de 1 es de 15cm. En muros delgadoslos espaciamientos requeridos pueden ser an menores.

El espaciamiento mximo de estribos en elementos deborde segn el manual actual del ACI 318 es el siguiente:

6 veces el dimetrode la menor barra longitudinal,

1/3 de la menor dimensinde seccin transversal,

10cm < 10 + (35-hx)/3 < 15cm, donde hx es la distanciaentre ramas de estribos.


85/156

Los nuevos espaciamientos del ACI 318 son mucho msexigentes que antes, y responden a problemas de pandeolateral de barras vistos en sismos recientes.

El pandeo de barras es un problema importante, porque bajosolicitaciones ssmicas la accin de pandeo y enderezado de

las barras ocasiona su fractura.


86/156

El ACI 318 ahora exige la misma cuanta de estribos que lanorma peruana considera para columnas de sistemasaporticados o duales tipo II.

Ash es el rea de estribos horizontal, s el espaciamiento, yb el ancho del ncleo en la direccin de anlisis.

Ag es el rea bruta del elemento de borde, y Ac es el reaconfinada dentro de los estribos.


87/156

La expresin de la norma parte de igualar la resistenciaaxial del rea bruta (Ag) con fc (resistencia caractersticadel concreto), y la resistencia axial del rea dentro deestribos (Ac) con fcc (resistencia del concreto confinado).

El espritu de norma es buscar que el ncleo de la placatenga suficientes estribos para no perder resistencia anluego de que salte el recubrimiento.

Ac(confinado) x fcc(confinado) > Ag(bruta) x fc

Ejemplo de clculo de estribos mnimos en


88/156

elementos de borde

Las reas Ag (elemento de borde con recubrimiento) y Ac(rea confinada por los estribos) son:

Ag = 30x100 = 3000cm2Ac = 20x95 = 1900cm2 (5cm de recubrimiento)

Ash/sb = 6x0.71/100s 0.3(3000/1900 1)(210/4200)

s 5cm

Direccin de anlisis


89/156

COMENTARIO AL CAMBIO DELAS EXIGENCIAS DEL ACI 318,

A LA LUZ DE LOS DAOSVISTOS EN CHILE (2010)


90/156

Si bien el sismo de Concepcin-Chile de 2010 presentserios problemas en los bordes de placas, dichoselementos contaban con poco o ningn confinamiento, o

eran casos de muros bandera.

Muro banderaChile 2010


91/156

Las nuevas disposiciones delACI 318 a comparacin delas presentes en el RNEE.060 son aproximadamente

2 a 3 veces ms exigentes.

Posiblemente sea necesariams experiencia real paraaclarar mejor las exigencias

mnimas de ncleos quegaranticen un buencomportamiento ssmico.

Extremo de placa sin confinarChile 2010


92/156

ANCHO EFECTIVO DE ALAS

En elementos con alas se debe considerarun ancho efectivo al momento del anlisis y


93/156

un ancho efectivo al momento del anlisis ydiseo

El ACI 318 considera en base a ensayos que el ala efectivaes igual a 25% de la altura total del elemento.

Direccindelsis

mo

25%hm


94/156

Direccindelsis

mo

10%hm

La norma peruana considera que el valor utilizado por elACI 318 es exagerado, y toma 10% de la altura como

ancho de ala efectiva.


95/156

Se considera solo prte del ala, porque si esta es muy largaen comparacin de la altura del elemento, no es cierto que

las secciones planas permanecen planas.

Solamente trabajaparte del elemento

Direccindelsis

mo


96/156

Cuando se tienen elementos con varios muros paralelos(como en placas en C), el ala efectiva se considera como la

mitad del ala.

Direccindelsis

mo


97/156

AMPLIFICACIN DE Vu EN

ESTRUCTURAS CONPLACAS QUE TOMAN MSDEL 30% DEL SISMO

Cuando la fuerza cortante en un muro oprtico es 30% o ms que la total, se


98/156

prtico es 30% o ms que la total, seamplifica la solicitacin en 25%

El RNE E.030 exige que para elementos con mucharesponsabilidad ssmica, se amplifiquen las demandas defuerza cortante, buscando un diseo ms conservador.

Se intenta tener mayor factor de seguridad en casos en losque existe poca redundancia en las lneas de resistenciassmica, para el caso de falla frgil por corte.

Esta exigencia resulta ser bastante severa, pues afectaprcticamente a todas las edificaciones con 3 ejesresistentes en una direccin.

Proyecto Ampliacion de Facultad deArquitectura y Urbanismo PUCP (2013)


99/156

Arquitectura y Urbanismo PUCP (2013)

Proyecto El Parque (2012)


100/156

Amplificar las fuerzas cortantes enmuros que sabemos siempre seencontrarn en el rango elstico

resulta exagerado, pero la norma nohace una distincin especial paraestos casos.

En viviendas es comn el caso deestructuras de pocos pisos conmuros generosos que abarcan loslinderos colindantes con vecinos.


101/156

DIAGRAMA INTERACCINDE DISEO DE PLACAS

El diseo por resistencia verifica que lasdemandas ltimas (Pu, Mu) sean menores


102/156

( , )que las capacidades reducidas (Pn, Mn)

El RNE considera factores de reduccin de 0.9 para Pu 0(traccin), de 0.7 para Pu 0.1fcAg (compresin), e interpola

para cargas intermedias (transicin).

0.1fcAg

Compresin

Traccin

Transicin

CapacidadNominal

Capacidadde Diseo

El ACI 318 adopt el diseo unificado en elao 2002, en donde los factores de


103/156

a o 00 , e do de os ac o es dereduccin dependen de la deformacin delacero extremo y no de la carga axial.

Considera 0.9 para fs 0.005 (traccin), 0.65 para fs fy(compresin), e interpola para deformaciones intermedias

(transicin).

Variacin de segn ACI 318

El comit del RNE E.060 decidi no adoptarel diseo unificado para elementos en


104/156

pflexocompresin como columnas y placas

Para casos de cargas axiales bajas, como se da en lamayora de placas grandes, la capacidad de diseo se acerca

peligrosamente a la capacidad nominal.

Capacidad segnRNE E.060

Capacidad segn

ACI 318


105/156

La diferencia del factor en compresin de 0.7 (RNE E.060)y 0.65 (ACI 318), se puede atribuir a que el ACI utiliza valores

de amplificacin de cargas menores (1 2D y 1 6L)

Capacidad segnRNE E.060

Capacidad segn

ACI 318


106/156

DISEO DE CORTE PORCAPACIDAD

(AMPLIFICACIN DE Vu)Vu = (Mn/Mu)Vsismo

La norma peruana considera el diseo porcapacidad de placas, de manera que la falla

f


107/156

del elemento sea por flexin y no por corte

Se considera Vu = (Mn/Mu)Vsismo, pero limitando laamplificacin Mn/Mu al valor de R (correspondiente a la

demanda elstica)

Demanda

Capacidad

Mu Mn

Sobrerresistencia

Es difcil llegar al lmite superior deMn/Mu < R (RNE E.060) para la

lifi i d l f


108/156

amplificacin de la fuerza cortante

En casos donde la amplificacin de fuerza cortante resulta

ser muy grande, la norma peruana especifca el lmiteMn/Mu < R.

Este lmite resulta prcticamente inalcanzable, siendo 6para edificios de placas, y 7 para edificios duales.

La norma peruana del ao 1989 consideracomo lmite Vu < Rd*Vsismo


109/156

como lmite Vu < Rd Vsismo

En el sismo de Nazca se observ que los desplazamientosfueron mayores a los esperados, por lo que se decidiamplificarlos sin afectar las fuerzas.

Para ello se modific el factor de R del espectro,

multiplicndolo por 2.5. Tambin se modificaron los demsparmetros, dejando las fuerzas iguales.

Esto increment la exigencia de amplificacin porcapacidad, pues el lmite superior aument tambin en 2.5veces, aunque esta no fue la intencin del cambio en Rd.


110/156

Posteriormente se modific la definicin de demandassmica, pasando el ssmo a rotura. Esto modificnuevamente el factor de R, ahora 1.25 veces menor.

Para edificios de placas la amplificacin mxima eraaproximadamente 3 y no 6 como se consideraactualmente. En edificios duales el lmite era 4.


111/156

EN CONCLUSIN, HAY QUEEVALUAR LA SOBRE-RESISTENCIA

PERO ESTA NUNCA DEBE SERSUPERIOR A R.

LO EXPLICADO IMPLICA

CONSIDERAR 3 O 2.5.


112/156

DISEO DE CORTE PORCAPACIDAD

(AMPLIFICACIN DE Vu)COMPARACIN CON ALGUNAS

NORMAS EXTRANJERAS

El manual del ACI 318 no especifcarequerimientos de amplificacin por


113/156

capacidad en el diseo de muros especiales

18.10.3 Fuerzas de diseo Vu debe obtenerse delanlisis para carga lateral de acuerdo con lascombinaciones de carga de diseo. ACI 318-14

R18.10.3 Fuerzas de diseo Los cortantes de diseopara muros estructurales se obtienen del anlisis para

carga lateral con los factores de carga apropiadosACI 318-14

Comparacin con AASHTO LRFD


114/156

El criterio de amplificacin de la norma peruana es similar alo indicado por el manual de diseo sismorresistente LRFDdel AASHTO.

8.6.9 La demanda de cortante no necesita ser mayor queel menor de:

La demanda calculada segn 8.3 (cortante asociado a lacapacidad probable de la rtula plstica),

La demanda elstica sin reducir.AASHTO LRFD-09

Comparacin con ASCE 7


115/156

El manual del ASCE 7 indica factores de amplificacin ()que consideran la sobrerresistencia del sistema estructural.

Para sistemas estructurales de placas el factor desobrerresistencia indicado por el ASCE 7 es = 2.5.

El uso de estos factores de amplificacin se especifica paracasos especiales en donde se quiere controlar la forma defalla, con el mismo espritu que el diseo por capacidad.

Comparacin con Eurocdigo 8


116/156

Comparacin con Eurocdigo 8

El Eurocode 8 define una expresin para el clculo delcortante por capacidad similar a la norma peruana, y demanera anloga limita la amplificacin al factor decomportamiento estructural q (equivalente al factor R).

Para sistemas estructurales de alto desempeosismorresistente de placas el factor de comportamientoestructural es q 4 4.5.

Fuente: Eurocode 8


117/156

Algunos ingenieros peruanos consideran en el diseo porcapacidad de placas el lmite del ASCE 7 y no R, alconsiderar este ltimo como exagerado.

En la realidad, ni el ASCE 7 ni el ACI 318 indican el uso deeste factor () para el caso particular de diseo de placas.Su uso queda a criterio del diseador estructural.

El factor = 2.5 coincide con el lmite de amplificacin en eldiseo de cortante por capacidad de vigas de sistemas demuros o duales tipo I.


118/156

DISEO DE CORTE

RESISTENCIA DE DISEO

La capacidad por cortante de la placa es lasuma de la capacidad del concreto ms la


119/156

suma de la capacidad del concreto ms lacapacidad del acero horizontal

hAcw es el rea derefuerzo horizontal quecorta un plano de falla a45 por traccin diagonal.

= 0.53 para placasesbeltas (hw/lw 2),

= 0.80 para placasrobustas (hw/lw 1.5),

se interpola para placasintermedias.

Acw es el rea bruta de laplaca.

La resistencia del concreto Vc depende de laesbeltez de la placa


120/156

esbeltez de la placa

Se conoce de manera emprica que el concreto deplacas poco esbeltas tienen mayor resistencia al corte.Esto se debe a que este tipo de muros presentan bajomomento flector en relacin al cortante que soportan.

Para casos donde hw/lw 2, la resistencia seestabiliza. El valor de Vc es similar que el de vigas

convencionales de concreto armado.


121/156

Si un muro tiene una carga axial importante, estaaporta a cerrar la fisura de traccin diagonal que segenera. Sin embargo, este aporte se desprecia.

Cuando se tienen cargas axiales importantes detracccin (como en placas conectadas), el Vc secastiga por el factor (1-Nu/140Ag), ya que el efecto decargas axiales abre ms la fisura de traccin diagonal.

Placa entraccin

Placa encompresin

Fierro mximo: La capacidad total de laseccin se limita a 5 veces la capacidad delconcreto


122/156

concreto

Para evitar elementos con demandas exageradassuplidas por mucho refuerzo, no se permite que elacero aporte ms de 4 veces el aporte del concreto.

La intensin es evitar muros con poca seccin ymucho refuerzo, que podran presentar una fallapor trituracin del concreto diagonalmente.

Botella de concretoen compresin (comosistema puntal-tensor)

Tensores internos de

concreto (falla portraccin diagonal)Tensor en ncleo deplaca (como sistemapuntal-tensor)


123/156

ANCLAJE DE REFUERZO

HORIZONTAL


124/156

En un sismo severo es posible que los elementos de bordepierdan su recubrimiento. Por ello, tanto el RNE E.060como el ACI 318 exigen que l refuerzo horizontal ancledentro de los ncleos confinados.

De esta manera el elemento no pierde capacidad porfuerza cortante an luego de ingresar en el rangoinelstico.

18.10.6.4.e El refuerzo horizontal del alma del murodebe extenderse hasta dentro de 150mm del extremo delmuro. El refuerzo debe anclarse para desarrollar fy dentrodel ncleo confinado del elemento de borde ACI 318-14

Es necesario garantizar el anclaje derefuerzo horizontal en los ncleos confinadosde borde


125/156

15cm Longitud de anclaje(con o sin ganchosegn sea el caso)

horizontal ancladentro del ncleoconfinado de borde

de borde


126/156

El detalle tpico de anclaje en los ncleos debe serutilizado en toda zona en donde se espera que haya unaprdida de recubrimiento en los extremos de placa.


127/156

En Chile se utiliza un detalle distinto, en donde el refuerzohorizontal rodea el ncleo de borde, y ancla con gancho a135 dentro de la zona confinada.


128/156

Proyecto Hotel Santa Ana - Sector V


129/156



130/156



131/156

Proyecto Hotel Santa AnaPlaca 1


132/156

Proyecto Hotel Santa AnaPlaca 1


133/156

Proyecto Maestro Home Center Cusco


134/156



135/156



136/156

Proyecto Torre Begonias(Banco GNB)


137/156

Proyecto Torre Begonias(Banco GNB)


138/156

Proyecto Torre BegoniasPlaca Sur (Piso 1)


139/156

Proyecto Interseguro


140/156

Proyecto InterseguroTorre Este


141/156

Proyecto InterseguroPlaca 3


142/156

Proyecto Centro Comercial Cono Sur


143/156

Proyecto Centro Comercial Cono SurPlaca 4


144/156

Proyecto de Reforzamientodel Estadio Nacional


145/156

Edificio nuevo unido al existentereforzamiento con nuevas placas



146/156



147/156



148/156

Prtico de oriente

antiguo, en donde seven los pisosintermedios, graderasy volado superior.



149/156

Prtico de orientereforzado, donde seintegran placas a losprticos existentes.



150/156



151/156



152/156

Proyecto Edificio Intercambiadorde Calor de Cementos LimaUbicacin: Villa Mara del


153/156

Triunfo.

fc = 350 a 500 kg/cm2fy = 4,200 kg/cm2

Wt = 15 kg/cm2 (Roca)

Cantidades ejecutadas:

Concreto: 14,780 m3Encofrado: 31,115 m2

Acero: 2,370 ton

Propietario: Cementos Lima

Proyectista: Antonio Blanco

Supervisin: ARPL

Contratista: JJC

Proyecto Edificio Intercambiadorde Calor de Cementos Lima


154/156



155/156

La superestructura se

soporta en placas enforma de L en los cuatrovrtices.



156/156

GRACIAS

Conceptos para el Diseño de Muros de Concreto Armado en Perú

Documents

Transcript of Conceptos para el Diseño de Muros de Concreto Armado en Perú