Leonardo Mass One

11 de Noviembre del 2010

Patrocinan:

Experiencias empíricas en

confinamiento de muros

Leonardo Massone S.

Departamento de Ingeniería Civil

Universidad de Chile

www.ich.cl Seminario: Efectos del Terremoto en el Nuevo Diseño Sísmico y Estructural en Chile

Muros

Gran nivel de compresión en muros

Discontinuidades: 1er piso o subterráneo

Formación de muros en T

Sin confinamiento en borde de muros

Planta 1er piso o subterráneo

Bodegas –

Bord

e E

dfi.

esta

cio

nam

iento

s

daños

Santiago, 2010


Confinamiento y Pandeo

Confinamiento: aumento de capacidad y ductilidad en el hormigón

Pandeo: degradación de capacidad a compresión de barras longitudinales de refuerzo

Comportamiento ―acoplado‖

Viña del Mar, 2010


Confinamiento

Presión de confinamiento Expansión por efecto de Poisson

Confinamiento – disminuye degradación por expansión

Parámetros: Espaciamiento de barra longitudinal apoyada

por estribo

Espaciamiento de estribos

Fuerza de confinamiento

No confinado Confinado

Saatcioglu & Razvi (1992)


Comportamiento de columnas

Armadura transversal

1 0P P

0 0.85 'c g s y sP f A A f A

1 0.85 ' 2c s yt cc y sP f k f A f A

Acc

P0 P1

,min

'0.3 1

2

gs c csh sh c

cc yt

Ab s fA A b s

A f

(ACI 318-05 Ec. 21-3)

*MKP

*MKP = modelo de confinamiento modificado de Kent y Park (1982)

Sección

cuadrada

(1 estribo)

k = efectividad del confinamiento ~0.75

Ash = sección transversal de acero que cruza

bc (proyección de barras inclinadas)

s = espaciamiento de estribos bc

Ash

Carga axial

Deformación axial


Diseño sísmico

Armadura transversal

Espaciamiento

Refuerzo

Confinamiento muros

350100 150mm

3 100mm

xo

hs s

350mmxh

Estribos

(Ec. 21-4, ACI 318-05)

'0.3 1

g csh c

cc yt

A fA b s

A f

'0.09

1.3

csh c

yt

g cc

fA b s

f

A A

hx

600

w

u w

lc

h 0.007u

wh

→ Confinar si ec > 0.003

(S.21.7.6.2)


Confinamiento

Efectividad del confinamiento Espesor de muros (cercano a

200mm)

Espesor de columnas

Ej.: Mander et al. (1988) - columnas de 450mm (lado) y 500mm (diámetro)

e ~ 200 mm


Muros

Pandeo de barras de

refuerzo

Demandas de

acortamiento de hormigón y

barras de refuerzo

Efecto L/db

Baja restricción lateral

Fractura por fatiga

Pandeo inelástico

Santiago, 2010


Muros - Falla por pandeo y fatiga

Pandeo de barras de refuerzo (ejemplo)

L*/d ~ 20 ó 22

wtranv ~ 4d

-> emax - emin > 7%

-> Gran degradación de compresión

Fatiga bajo ciclos

Santiago, 2010

~20d ~22d ~4d


Fatiga de bajo ciclo

emax ~ 0.07 → Nf = 5 ciclos (Brown & Kunnath, 2004)

A mayor deformación → menor números de ciclos a fractura

Massone et al., Achisina 2010

Brown & Kunnath (2004)

Santiago, 2010


Pandeo - Respuesta monotónica

Parámetros que afectan el pandeo (ejemplos)

L = longitud barra

d = diámetro barra

Propiedades de los materiales

Massone y Moroder, 2009

estribo

L e

s, e

Ensayos – Bae et. al (2005)


Pandeo - Respuesta cíclica (modelo)

Pérdida de capacidad en compresión por pandeo

Modelo de plasticidad concentrada

Variación de L/d, emax


L/d=14, ±0.03

Sin pandeo

Con pandeo

Degradación

por pandeo


Pandeo - Respuesta cíclica (modelo)

Pérdida de capacidad por pandeo - Efecto de la deformación por tracción

Ej.: emax - emin = 0.06 (asimétrico – constante, L/d=14)

Observaciones similares - falla por fatiga de bajo ciclo (L/d=6, Koh and Stephens, 1991)


-0.01 a 0.05

-0.02 a 0.04

Pérdida > 60%

Pérdida > 60%

-0.03 a 0.03

Pérdida > 60%


Respuesta de muros T

Thomsen y Wallace, 2004 TW1

TW2


0 1 2 3T [s]

0

10

20

30

40

50

Sd

[cm

]2% amortiguamiento

5% amortiguamiento

Requerimientos de ductilidad

Espectro de demanda de desplazamiento 20 a 30 cm (T > 1s) – 5% amort.

30 a 40 cm (T > 1s) – 2% amort.

C0 = 1.5, desp. techo (sobre 10 pisos)

C1 = 1.0, período alto (inelast = elast )

C2 = 1 a 1.2 (período alto, histéresis)

C3 = ? (efecto P-d)

―Drift‖ (20 pisos)

= 25*1.5 /(20*270) = 0.7%

= 35*1.5 /(20*270) = 1.0%

ATC 40 – ―Target displacement‖

San Pedro, 2010

Fuente: Renadic - DGF


Requerimientos de ductilidad

Demanda de desplazamiento

―Drift‖(20 pisos) = 25*1.5 /(20*270) = 0.7% (5% amort.)

= 35*1.5 /(20*270) = 1.0% (2% amort.)

Capacidad elástica de desplazamiento

D

2/3H

D

1/2H

0.21

0.21 2

0.9%

y y

y

H H

H L

e

D

-Fluencia del refuerzo (ala)

-Carga axial moderada

-Alma en compresión

0.26

0.26 2

1.1%

y y

y

H H

H L

e

D


Ductilidad y daños

Thomsen y Wallace, 2004

TW1 damage -

~1% drift

TW2 damage — ~2% drift

Muro T –

Chile 2010

0.7%-1.0%? drift

(foto Anne

Lemnitzer)


18 Thomsen y Wallace, 2004

TW1

TW2



Thomsen y Wallace, 2004

Respuesta de muros T y rectangular

TW1 y RW1 idéntico confinamiento y refuerzo en ―alma‖

Menor ductilidad en muro T


-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a late

ral [k

N]

Modelo

Experimental


Modelo de fibras (flexión) no lineal - OpenSees

Modelo de confinamiento

Modelo de pandeo en barras

F. Cordero, 2010

~2%

~1%

TW2 TW1

-0.02 -0.01 0 0.01 0.02

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a late

ral [k

N]

Modelo

Experimental


1200 1600 2000 2400

Punto

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

Defo

rmac

ión

un

itari

a


Comportamiento (base) de fibras extremas del alma

Variación de línea neutra Representado por fisuración

Diferente en cada dirección

F. Cordero, 2010

A

B A B

A B

Línea neutra

Asimetría:

-Cuantía de armadura

-Ancho de la sección


Análisis de muros T

Efecto de la carga axial

Muro base: TW2 – N~7%f’cAg

Muro T (ala y alma de igual dimensión) 0.003 (compresión) a 0.004 (tracción) → 15%f’cAg

F. Cordero, 2010

-0.08 -0.04 0 0.04

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a l

ate

ral

[kN

]

Modelo base

N=0%f'cAg

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

400

Carg

a l

ate

ral

[kN

]

Modelo base

N=15%f'cAg

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

400

Carg

a l

ate

ral

[kN

]

Modelo base

N=30%f'cAg



Efecto del confinamiento

Modelo base: TW2

~30% alma confinada, Ash (ACI 318)

Cuantía de estribos (sin afectar pandeo)

Largo de zona confinada F. Cordero, 2010

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a l

ate

ral

[kN

]

Modelo base

1/2Ash

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a l

ate

ral

[kN

]

Modelo base

Ash=0

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a l

ate

ral

[kN

]

Modelo base

c''=15%Lalma



Efecto de pandeo

Modelo base: TW2 – s/db = 3 a 4

Variación de L/d (acoplado a confinamiento)

F. Cordero, 2010

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a l

ate

ral

[kN

]Modelo base

s/db=20

(acoplado)

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

D/H

-400

-200

0

200

Carg

a l

ate

ral

[kN

]

Modelo base

s/db=6

(acoplado)


Corte en muros

Building B: -10 story RC residential building

- Structural system:

Shear Walls

- Post Earthquake damage:

I. Shear wall failure,

II. Column buckling,

III. Extensive non-structural failure,

IV. slab bending & concrete spalling

Estracto de la presentación:

Aftershock Monitoring of Reinforced Concrete Buildings in Santiago, Chile

following the February 27, 2010 Mw=8.8 Earthquake

Anne Lemnitzer et al., 2010


Instrumentación muro


Desplazamientos de piso

Roof (2%g)

9th

2nd

-1 st

Selected

aftershock:

2010 05/02

14:52:39 UTC

40 60 80 100 120

-2

0

2

EW Displacement

Roof

(mm

)

40 60 80 100 120

-2

0

2

9th

(m

m)

40 60 80 100 120

-2

0

2

2nd (

mm

)

40 60 80 100 120

-2

0

2

Grn

d (

mm

)

40 60 80 100 120

-2

0

2

NS Displacement

Roof

(mm

)

40 60 80 100 120

-2

0

2

9th

(m

m)

40 60 80 100 120

-2

0

2

2nd (

mm

)

40 60 80 100 120

-2

0

2

Grn

d (

mm

)


Desplazamientos del 1er

piso

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2W

all

top D

isp (

mm

)

Time (s)

shear

flexure


Conclusiones

Pandeo y confinamiento está acoplados

Pandeo

Aumenta con L/d, efecto de la deformación máxima

Confinamiento

Aumenta con refuerzo transversal (presión de confinamiento)

Muros T

Asimetría en refuerzo y ancho (ala) → aumento deformaciones (confinamiento) y variación de deformaciones (pandeo) en extremo del alma

Baja ductilidad al comprimir alma

15%f’cAg (muro T – ala idéntica al alma) garantiza 0.003 (compresión) y 0.004 (tracción)

Ductilidad: cantidad de refuerzo transversal (conf. y pandeo), carga axial, L/d

No olvidar corte

Leonardo Mass One

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