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CONFERENCIA

Normas de Diseño de Estructuras de Concreto Armado ACI 318-05 Ing. Roberto Morales Morales RECTOR UNI - PERU

ESTRUCTURAS

ADOB COLAPSADA

(MOQUEGUA

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO POR RESISTENCIA En el Código ACI – 02, el cambio más importante fue en la determinación de las resistencias. Este cambio se mantiene en el Código ACI – 05.

RESISTENCIA DE DISEÑO ≥ RESISTENCIA REQUERIDA □



RESISTENCIA NOMINAL ≥ U U = 1.2 D + 1.6 L

………………… ( 1 )

U = 1.2 D + 1.0 L + 1.0 E

………………… ( 2 )

U = 0.9 D + 1.0 E

………………… ( 3 )

de Cuando be usarse E e ndelugar dee1.0 e n las e (2) y de nivel de e l 1.4 e fecto sismo stáEbasado e xpresiones n fuerzas sísmicas (3). servicio,

Factores de Reducción de Capacidad Secciones controladas por T ensión

:  = 0.90

Secciones controladas por compresión Q Con refuerzo en espiral (zuncho)

:  = 0.70

Con estribos

:  = 0.65

Cortante y T orsión

:  = 0.75

Q

CONTROL DE AGRIETAMIENTO En las versiones últimas del Código ACI-318, el proceso de control de agrietamiento es más simple, elimina condiciones de exposición. La versión ACI – 05, considera los esfuerzos en psi.

  40,000 f 15

12 (40,000)  2.5 c  f s c

s s Donde : Cc : recubrimiento al área de refuerzo en tracción, en pulgadas. s : separación entre refuerzos, en pulgadas. fs : en psi (lb/in2 ) Considerando los esfuerzos en Kg/cm2 :

s  38  2,8s00  2.5 c c  30.45 (2,800) Cc : en Donde: cm. s : en cm. fs : en kg/cm2

f

fs

Mientras que el ACI 318-02 limita la separación entre fierros:

s fs : en ksi

36  540  2.5 cc  12 fs fs

Este cambio refleja los esfuerzos más altos que ocurren en el refuerzo a flexión con el uso de las nuevas combinaciones de carga introducidas en el ACI 318-02. En el ACI 318 – 05 se permite usar para el valor de fs: (2/3) fy, mientras que en el ACI 318 – 02 se permitía usar 60% de fy. ACI 318-05 : considerando fy = 60,000 psi , s= 10 in = 25.4 cm. ,

s  12”

cc = 2”

NOTACIONE S Quizás el mayor cambio del ACI 318-05 es una depuración cuidadosa de toda la notación usada en el código. Se desarrolló un sistema unificado de la notación. La sensación casi universal es que el código será más fácil de utilizar con la misma notación para todos los capítulos. Se identificaron tareas específicas: 1.

Consolidación de términos similares.

2.

Eliminación de los términos innecesarios

3. Proporcionar una definición única de cada término usado en el código 318-02

Se llegó a los cambios siguientes: 1.

Consolidación de la notación; 406 términos fueron incluidos en el apéndice E del ACI 318-02, mientras que en el ACI 31805 se incluyen 305 términos.

2.

Las definiciones duplicadas de términos se eliminan en algunos casos, las definiciones para los términos era levemente diferente en diversos capítulos.

3.

Todo lo relacionado al esfuerzo en el acero se expresa en unidades psi que han modificado las ecuaciones correspondientes.

4.

En el ACI 318-05, la lista de notaciones al principio de cada capítulo se ha suprimido.

CAPITULO 21: REQUISITOS ESPECIALES PARA DISEÑO SISMICO El Capítulo 21 contiene lo que se considera deben ser los requisitos mínimos que se deben emplear en las estructuras de concreto armado para que sean capaces de resistir una serie de oscilaciones en el rango inelástico de respuesta sin que se presente un deterioro crítico de su resistencia. Por lo tanto el objetivo es dar capacidad de disipación de energía en el rango inelástico de respuesta.

SECCION 21.11 : DESIGN STORY DRIFT RATIO Un nuevo término, relacion de “desplazamiento de piso” de diseño, se define como la diferencia relativa de los desplazamientos de diseño, arriba y abajo del elemento, divididos entre la altura de este. SECCIONES 9.4 y 10.9.3: Se han modificado para permitir el uso del refuerzo espiral (zuncho) con fuerza especificada de hasta 100,000 psi. ( 7000 kg/cm2) SECCION 21.2.2: Prohíbe específicamente tal uso en los miembros que resisten fuerzas sísmicas en las estructuras asignadas a la categoría de diseño sísmico. (fy  60000 psi)

CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA * Común (Ordinary) * Intermedia (Intermediate) * Especial (Special)

CAPACIDAD GLOBAL DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza

elástico

máximo desplazamiento máxima fuerza elástica solicitada

resistencia

Fe

elástico obtenido inelástico máximo desplazamiento inelástico obtenido

Fy

de fluencia

uy

ue

um

se describe por medio del coeficiente de En los Códigos de diseño sismo resistente reducción de resistencia R

Desplazamiento

R

Fe y



ue y

ESTRATEGIA ACTUAL DE DISEÑO SISMICO * Dada una capacidad de disipación de energía para el

material y el sistema estructural, definida por medio de R y dependiente de la manera como se detalle (requisitos de detallado) el material estructural, Se obtiene la fuerza sísmica de diseño por medio de: e

F  F y

R

* Y la fuerza elástica máxima solicitada es a su

vez:

F e  masa

 S a (T ,  )

del Código general espectro de aceleraciones

CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGO INELASTICO CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza

Deflexión

CAPACIDAD INTERM EDIA DE DISIPACION DE ENERGIA

Fuerza

Fuerza

Deflexión Deflexión

CAPACIDAD COM UN DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza

Deflexión

LIMITACIONES AL EMPLEO DE LA CAPACIDAD DE DISPACION DE ENERGIA CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA

COMÚN

ZONA DE AMENAZA SISMICA BAJA

INTERMEDIA

no

ALTA

no no

N

D C

A

A

REQUISITOS GENERALES □ □

□

Resistencia mínima del concreto : 210 La resistencia empleada en el concreto con agregados ligeros no diseño de exceder: 350 kg/cm2 El valor de fy para refuerzo transversal incluyendo zunchos no excederá: 4,200 kg/cm2

ACERO DE REFUERZO f

y

tensión kg/cm 2

resis tencia última real

f y,u falla

f

y

tensión de fluencia real

E

elongación de fluencia

1

O

elongación máxima

y

deformación unitaria

ma x



PORTICOS DUCTILES ESPECIALES DISEÑO DE VIGAS DUCTILES ESPECIALES -

DISEÑO POR FLEXION

A g fc ln  4 h  Pu REQUISITOS GENERALES ' bw  25cm.

bw  0.3h

10

dl n

fc

bw  c  1.5h '

4

h

C1

C2 bw

3  h  h 4

b  C1 1.5h

3

ln



210 kg/cm2

:

Elementos a flexión en pórticos especiales Refuerzo longitudinal Las resistencias a momento en cualquier sección deben cumplir:  Mn

M n

M n  0.25  M n max . cara

M

 n



 0.5 M n

REFUERZO TRANSVERSAL 



As

As 4

ó As mín

h



C2



As As  2

2h



bw

As ó As mín 4

d s 2

ln

'

As mín

2h

 14 bwd ; 0.8 fc bwd fy fy

Espaciamiento del refuerzo transversal en la zona de confinamiento: s  d/4, 8

l menor

, 24 

estribo ,

30 cm d

Donde no se requiera estribos de confinamiento s  2 TODOS ESTOS REQUISITOS ASEGURAN UNA CAPACIDAD DE DUCTILIDAD ALTA PARA TODAS LAS SECCIONES CRITICAS DE VIGAS

FUERZAS CORTANTES DE DISEÑO PARA VIGAS Y COLUMNAS Wu = 1.2 D + 1.0 L Mpr1

Mpr2 Ve1

Ve2 Cortante en Viga

.

.

Ve = Mpr1 + Mpr2 ln

±

Wu l n 2

Pu

Mpr3 Ve3 Cortante en Columna

Ve4 Mpr4

Pu

Ve,3,4= Mpr3 + Mpr4 ln

FUERZAS CORTANTES DE DISEÑO ( -)

( -)

A sA

()

()

A sA

A sB

A sB

ln  

M prA

M prB Considerando la dirección del sismo: ¤ S VB 

Wu . 2

ln



( )

M prA 

(-)

MprB

ln

ln 

M prA VA  

Wu . l n  2

(-)

M prA



( )

ln

M prB

M prB

Los Mpr se encuentran considerando que el esfuerzo en el acero es; f   f y el factor de reducción de capacidad   1

s

y

,   1.25

COLUMNAS DUCTILES ESPECIALES CRITERIOS DE DIM ENSIONAM IENTO De be considerarse e l e fecto de e sbeltez

a)

D 

h’ 4

h'

b)

≤ n = Ps f’c b D

1 3

D

Ps = 1.25 P se rvicio c)

d)

D ≥ 30 cm D m in ≥ 0.40 D m ayor



n ≤ 0.25

ELEMENTOS A FLEXOCOMPRESION EN PORTICOS ESPECIALES □

La resistencia a flexión de las 6 columnas debe cumplir: M

 Mg Mc

Mg

c

Mc

c



Mg  5 M

Mc

M g

Mc

Mc Mg

Mg (a)

Mc

Mc (b)

Mg

Mc

Mg

Mc (c)

Mg

hx  35 cm hx

hx

hx

hx b

refuerzo transversal en el nudo requerido por 21.5

hc zonas de confinamiento

 10   35 -x h 3     s x    15 cm   10 cm  

Sx en cm

  

l0

n traslapes e la zona

mayor

l 0  h 6

D

n

  45 cm refuerzo transversal en el por 21.5 nudo requerido

l0

5 cm  b/4  s   6d b long.  central s 

 6d long. s b 15 cm  5 cm

x

CONSIDERACIONES DE COLUMNAS DUCTILES CONSIDERACIONES DE DISEÑO Cuantías :

ρ

min = 0.01

ρ max = 0.06

.

REFUERZO TRANSVERSAL ( COLUMNAS CONFINADAS ) La cuantía volumétrica en espiral ó estribos circulares será:  Ag

 s ,min

'

  fc   0.45  ch 1  y f A



'

 0.12 f fy

c

s,min

REFUERZO POR CONFINAMIENTO : A sh



' f c  0 .3 s h c  fy 

    A     g   1 ;  A      ch  

fc ' Ash  0.09 s hc fy

Ash = Area total del refuerzo transversal en la dirección de análisis. hc = Dimensión centro a centro de las ramas extremas del refuerzo de confinamiento Ach = Area confinada dentro de la sección transversal

Ag = Area total de la sección transversal de la columna. s = Espaciamiento del refuerzo transversal.

COLUMNAS: DISEÑO POR FUERZA CORTANTE

a) Mecanismo de rótulas plásticas en vigas: ( ACI - 05 ) Las columnas se diseñarán para fuerzas cortantes obtenidas con la hipótesis de la formación de rótulas plásticas en las secciones críticas de vigas y considerando un esfuerzo de 1.25 fy del refuerzo del acero.

b) Mecanismo de rótulas plásticas en columnas:

NUDOS EN PORTICOS ESPECIALES A

CONFINAMIENTO

A

FUERZA CORTANTE

A

ANCLAJE

□

Cálculo del cortante solicitado en el nudo: Ve-col

se evalúa el plano donde cortante

Mpr-c columna

Vu

Ts  1.25f y A  s 

Cc  Ts  1.25f y A s

C  c  Ts  1.25 f y A  s

Ts  1.25 f y A s

Mpr-c

V  1.25 f  A  A



Viga en ambos lados:  u

y

s

s viga

Ve-col

 V  e col

viga

Viga en un s viga y  lado:

 e col

V   1.25 fy As viga  Ve col u V  1.25 f  A  

CORT ANT E RESIST ENT E □

Nudos confinados en sus cuatro caras   V n    5 .30  f c  A j

□

Nudos confinados en tres caras o en caras opuestas   V n    4  f c  Aj

□

Otros nudos

  Vn    3.20 

fc

 Aj

□

Definición de Aj

h bw

Aj

bw h bw : área efectiva del nudo definida en la figura, Ajeste parámetro depende de la dirección del análisis

x

Aj   b w  2x  bw  h

□

Longitud de desarrollo para ganchos embebidos en el núcleo confinado

 f db y l  dh 17.2 f c

sección crítica En kg y cm.

l dh  max( 8 d b ,15 cm)

db

l dh

Muros Estructurales

Muros especiales □

Terminología bw hw lw

Vu

ELEMENTOS DE BORDE O DE CONFINAMIENTO EN MUROS ESTRUCTURALES

a ) Los muros continuos desde la cimentación hasta el extremo superior que tienen una sección crítica por flexión y carga axial, la zona de compresión será reforzada con elementos de borde especiales c

lw 600 (du/hw)

Donde : (du/hw)  0.007 c = profundidad del eje neutro du = desplazamiento de diseño

b) Se pondrán elementos de confinamiento especiales, donde el esfuerzo de compresión máxima que ocurre en la fibra extrema es mayor que 0.20 f ’c.

Se puede discontinuar estos elementos si el esfuerzo de es menor de 0.15 f ’c. compresión Estos esfuerzos se determinaran mediante un análisis lineal elástico, usando las propiedades de la sección

.

MUROS ESTRUCTURALES •

Establecimiento de criterios para conseguir muros en voladizo que posean características de ductilidad y de disipación de energía.

•

Es posible si la flexión en lugar del cortante domina la respuesta del muro. Vω = ωv Ø Ve ,donde Ve = Cortante debido a las cargas laterales del código ωv = Factor de amplificación dinámica por cortante

•

La profundidad del eje neutro c (en la sección crítica) relativa a la longitud del muro debe ser pequeña.

•

Si esto no es posible, una parte de la zona de compresión por flexión debe ser confinada para tener: de εc = 0.004 a 0.010

MUROS BAJOS • En muros bajos (altura / longitud  2) también es posible desarrollar ductilidad de flexión, impidiendo movimientos de deslizamiento significativo usando barras diagonales adicionales.

MUROS ESTRUCTURALES DUCTILES •

Deben hacerse detalles típicos de confinamiento en las zonas de compresión calculadas.

Confinamiento del Extremo Comprimido de una Sección de Muro

MUROS ACOPLADOS Y VIGAS DE CONEXION • Vigas de acoplamiento en muros acoplados

CONFERENCIA

Normas de Diseño de Estructuras de Concreto Armado ACI 318-05 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Ing. Roberto Morales Morales