Comportamiento Sismico Estructuras 1 Bairan Mari 13.2.13

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10/02/2013 1 Barcelona, 11 febrero – 18 marzo, 2012 Diseño y evaluación sismorresistente de estructuras Curso de especialización: Tema 4: Comportamiento sísmico de estructuras 1 Profesores: Jesús M. BAIRÁN Dr. Ing. Caminos, C. y P. Profesor Agregado UPC Antonio R. MARÍ Dr. Ing. Caminos, C. y P. Catedrático UPC 1 Contenido 1. La Ductilidad estructural: Necesidad y ventajas 2. Estructuras de hormigón 2.1 Comportamiento no lineal y características 2.2 Concepto de rótula plástica y efectos de esfuerzos concomitantes 2.3 Confinamiento del hormigón 2.4 Pandeo de las armaduras 2.5 Lazos de histéresis: características, efectos y amortiguamiento equivalente. 3. Concepto de factor de comportamiento 3.1 Relación ductilidad y factor de comportamiento 3.2 Criterios de igual aceleración e igual desplazamiento Bairan-Marí, 2013 2

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    Barcelona, 11 febrero 18 marzo, 2012

    Diseo y evaluacin sismorresistente de estructuras

    Curso de especializacin:

    Tema 4: Comportamiento ssmico de estructuras 1

    Profesores:

    Jess M. BAIRNDr. Ing. Caminos, C. y P.Profesor AgregadoUPC

    Antonio R. MARDr. Ing. Caminos, C. y P.CatedrticoUPC

    1

    Contenido

    1. La Ductilidad estructural: Necesidad y ventajas

    2. Estructuras de hormign

    2.1 Comportamiento no lineal y caractersticas

    2.2 Concepto de rtula plstica y efectos de esfuerzos concomitantes

    2.3 Confinamiento del hormign

    2.4 Pandeo de las armaduras

    2.5 Lazos de histresis: caractersticas, efectos y amortiguamiento equivalente.

    3. Concepto de factor de comportamiento

    3.1 Relacin ductilidad y factor de comportamiento

    3.2 Criterios de igual aceleracin e igual desplazamiento

    Bairan-Mar, 2013

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    PGA(1d) M profundidad Victimas Evento2.7g[8] 9 30km >15000[12]

    2011Thokuearthquakeandtsunami

    2.2g[13][14] 6.3[13] 5 km 185February2011Christchurchearthquake

    2.13g[13][15] 6.4 6 km 1June2011Christchurchearthquake

    1.7g[17] 6.7 19 km 571994LosAngelesearthquake

    1.26g[19][20] 7.1 10 km 02010Canterburyearthquake

    1.01g[21] 6.6 10 km 112007Chetsuoffshoreearthquake

    1.01g[22] 7.3 8 km 2,415 1999Jijiearthquake

    1.0g[23] 6 8 km 0December2011Christchurchearthquake

    0.8g 6.8 16 km 6,434 1995Kobeearthquake

    PGA(1d) M profundidaVictimas Evento0.78g[24] 8.8 23km 521 2010Chileearthquake

    0.6g[26] 6 10 km 143 1999Athensearthquake

    0.51g[27] 6.4 612 2005Zarandearthquake

    0.5g[17] 7 13 km92,000-316,000 2010Haitiearthquake

    0.438g[28] 7.7 44 km 271978 Miyagi earthquake (Sendai)

    0.367g[29] 5.2 1 km 9 2011Lorcaearthquake

    0.250.3g[30] 9.5 33 km 1,655[31] 1960Valdiviaearthquake

    0.24g[32] 6.4 628 2004Moroccoearthquake

    0.18g[33] 9.2 23 km 143 1964Alaskaearthquake

    Sismos extremos pueden producir aceleraciones muy altas, incluso superiores a 1 g.

    Los sismos M7 pueden ocurrir (en todo el mundo) con una frecuencia media de 7.5 al ao (Newmark, Rosenblueth, 1982).

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    M 5 entre 28/01/2013 y 03/02/2013 (USGS) 4

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    Bairan-Mar, 2013

    M 2.5 entre 28/01/2013 y 03/02/2013 (USGS) 5

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    Placas continentales 6

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

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    Epicentros de sismos histricos de gran magnitud 7

    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Qu efectos estructurales produce un movimiento ssmico?

    1.5

    1

    0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    0 5 10 15 20 25 30

    PGA= 1g

    Aceleracin horizontal en la base

    Movimiento del suelo. Escala de tiempo muy corta. Produce desplazamientos, velocidades y aceleraciones.

    Equilibrio del sistema:Diagrama de cuerpo libre?

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    M

    K

    u

    g: aceleracin gMu Ku Mu

    ug: desplazamientoug: velocidad. .

    ug(t)ug(t).

    g(t)

    u(t)u(t).

    (t)Mtot (t)=Mg(t)+M(t)

    K u(t)

    Equilibrio:

    Ecuacin diferencial armnica de 2do grado

    No hay fuerzas directas aplicadas

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

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    gMu Ku Mu

    Observaciones:Aceleracin terrenoRespuesta

    estructura

    No existen fuerzas directas aplicadas. Los esfuerzos internos generados dependen de la propia estructura (K, M).

    Si M=0, no hay esfuerzos al no haber efecto inercial ni movimiento relativo con el terreno.

    Si K=0, no hay oposicin al movimiento (no hay esfuerzos pero la masa no es estable).

    Si K, no hay movimiento relativo. La masa se mueve igual que el suelo. La aceleracin en la masa es igual a la del terreno:

    F=m g

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

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    Situacin realista 1:

    M>0 0< K <

    W (peso)F = PGA*W

    M > 0 K Eventos fuertes:PGA [0.3 g, 1 g]

    Fuerza horizontal del orden del peso de la estructura. Los efectos dinmicos pueden variar la fuerza horizontal

    Solucin Homognea

    Solucin Particular

    Caractersticas:

    KM

    2 MT

    K

    Frecuencia / Perodo

    gMu Ku Mu

    cos sinu A t B t Depende de g(t)Expresiones para casos sencillosSeales ssmicas solucin numrica

    Situacin ideal:

    11

    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    1.5

    1

    0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    0 1 2 3 4 5 6

    desplazamiento

    t

    1.5

    1

    0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    0 1 2 3 4 5 6velocid

    ad

    t

    1.5

    1

    0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    0 1 2 3 4 5 6

    aceleracin

    t

    Conceptos derivados de la vibracin libre:

    Pseudo-velocidad

    Pseudo-desplazamiento

    Relacin aproximadaentre respuestas mximas

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Vibracin forzadaCaso excitacin armnica

    M

    K

    F(t)

    Solucin particular:

    86420

    2

    4

    6

    8

    0 1 2 3 4 5 6

    desplazamiento

    t

    wp/w=0.90

    wp/w=0.60

    wp/w=1.30

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

    Maxim

    odesplazam

    iento

    wp/w

    Resonancia

    La seal ssmica contiene rango frecuencias diferentes!

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Situacin realista 2: Amortiguamiento M>0 0< K < C >0

    FK

    u

    K

    FD

    u

    C

    Qu es el amortiguamiento?

    Rigidez: Viscosidad:

    gmu cu ku mu 22 gu u u u

    Caractersticas:

    2r

    C CC KM

    KM

    El amortiguamiento viscoso (dependiente de la velocidad) es un conveniencia matemtica.

    Todas las estructuras reales tienen algn tipo de amortiguamiento.

    Disipa energa a lo largo de los ciclos de vibraciones.

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    FD

    u

    C

    1.5

    1

    0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    0 1 2 3 4 5 6

    desplazamiento

    t1.5

    1

    0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    0 1 2 3 4 5 6velocid

    ad

    t

    FD

    u

    c1c2>c1

    Respuesta F- u sistema con amortiguamiento

    M

    K

    F(t)

    Rigidez Amortiguamiento Ftot

    u

    =min max,u u

    max min,u uEnerga disipada en cada ciclo

    FK

    u

    K

    FD

    u

    +

    Velocidad: Desplazamiento:

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Todos los sistemas reales tienen amortiguamiento.

    Resonancia terica no existe, pero las fuerzas y desplazamientos pueden ser muy importantes

    M

    K

    F(t)

    Estructuras de acero de uniones , soldadas, hormign pretensado, hormign fuertementearmado y con poca fisuracin

    2 % 3%

    Hormign armado fisurado 3% - 5%

    Estructras de acero con conexionesremachadas o atornilladas, estructuras de madera

    5% - 7%

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Para eventos ssmicos importantes la fuerza horizontal que se genera puede ser de magnitud muy grande.

    En la mayora de las estructuras NO ES ECONMICAMENTE FACTIBLE soportar sismos fuertes de forma ELSTICA.

    El sismo NO ES UNA FUERZA DIRECTA, la magnitud de los esfuerzos a resistir DEPENDE TAMBIN DE LA PROPIA ESTRUCTURA.

    0 10 20 30 40 50 60-2

    -1.5

    -1

    -0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2Ground acceleration history

    t (s)

    a g(m

    /s2 )

    0 10 20 30 40 50 60-2.5

    -2

    -1.5

    -1

    -0.5

    0

    0.5

    1

    1.5

    2T= 1.5 s, ksi = 5%

    a tot

    (m/s

    2 )

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 30.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    5

    5.5Espectro de respuesta

    T (seg)

    Sa

    (m/s

    2 )

    ksi=5%ksi=10%

    Conclusiones parciales:

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Filosofa de diseo

    Para la mayora de las estructuras no es econmicamente factible resistir eventos extremos (TR = 500 aos) sin daos importantes.

    Excepciones: Estructuras crticas (nucleares, presas): dao nlo para TR=500 aos). Estructuras esenciales (bomberos, policas, hospitales, algunos puentes): dao controlado, operativa para TR=500 aos.

    El sismo extremo se considera una accin accidental. Se permite el dao extenso: forma de disipar energa introducida por el terremoto.

    Criterio de seguridad: No colapso. La estructura debe ser estable hasta el fin del evento ssmico; aunque despus se deba demoler. Necesario para salvar vidas de los usuarios, permitir el desalojo posterior y paso de servicio de emergencias.

    Criterio tradicional:

    A lo largo de los aos 70s y 80s, y gran parte de los 90s, este era el nico requerimiento de proyecto

    ( obviamente es lo + importante) ...18

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Es posible resistir el mismo evento ssmico con diferentes estrategias:

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7Espectro de respuesta

    T (s)

    Sa

    (g)

    =0.01=0.05=0.1=0.15=0.20

    Rigidez 1 Rigidez 2

    Elstico Incursin no lineal

    Dao aumenta

    Elstico

    Fuerza ssmica

    Conocer y controlar el comportamiento no lineal de las estructuras

    Al permitir dao cambiamos la estructura diferente fuerza a resistir.El comportamiento no lineal (inelstico) es una herramienta bsica en el diseo. A diferencia de lo que ocurre en otras situaciones de carga, el trabajo no lineal es probable y creble en la carga de clculo. Ocurrir DAO.

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Qu es la ductilidad estructural?Capacidad (de la estructura) para deformarse en rango no elstico manteniendo su capacidad de carga.

    Frgil

    Dctil

    Aplicaciones ssmicas: + durante un cierto nmero de ciclos de carga (5).

    Energa disipada

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Rotura frgil

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Rotura dctil

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Rotura dctil

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Redistribucin de esfuerzos: robustez y sobrerresistencia

    Ventajas:

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Cuantificacin ductilidad

    dudy

    Ductilidad de desplazamientos:

    Ductilidad de rotaciones:

    Ductilidad de curvaturas:

    Se define para cualquier cantidad cinemtica:

    Local

    Global

    Seccin

    Zona o regin

    Estructura o elemento

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    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Cuantificacin de la ductilidad a nivel seccinal

    Criterios definicin primera cedencia:s=fy/Esc=0.0015Criterios definicin rotura:c= us=su (def. rotura acero).Prdida de capacidad portante resistencia de 10%.

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    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Igual traccin/compresin.

    Lmite elstico.

    Escaln de plastificacin ms o menos claro (depende del tipo de acero)

    Endurecimiento antes de rotura

    Acero

    27

    Comportamiento estructuras de hormign

    Bairan-Mar, 2013

    Aceros para hormign armado en Espaa (EHE-08)Caractersticas de materiales

    Tipo de acero Acero soldable Acero soldable con

    caractersticas especiales de ducti lidad

    Des ignacin B 400 S B 500 S B 400 SD B 5 00 SD

    Lmite elstico, fy (N/mm2) = 400 = 500 = 400 = 500

    Carga uni taria de rotura, fs (N/mm2) = 440 = 550 = 480 = 575

    Alargamiento de rotura, u, 5 (%) = 14 = 12 = 20 = 16

    Alargamiento total bajo carga mxima, mx (%)

    acero suministrado en barra = 5,0 = 5,0 = 7,5 = 7,5

    acero suminist rado en rol lo (3) = 7,5 = 7,5 = 10,0

    = 10,0

    Relacin fs/fy = 1,05 = 1,05 1,20 = fs/ fy = 1,35 1,15 = fs/fy = 1,35

    Relacin fy real/ fy nomina l -- -- = 1,20 = 1,25

    28

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    Comportamiento estructuras de hormign

    Bairan-Mar, 2013

    Aceros para hormign armado en Espaa (EHE-08)Caractersticas de materiales

    Comparacin aceros

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18

    B500SD B500S

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    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efecto Bauschinger

    En ciclos posteriores de carga, se pierde el rango lineal antes que en los ciclos anteriores. El radio del codo aumenta con el nmero de ciclos.

    30

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    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Influencia de la resistencia del hormign

    Efecto tamao

    0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Deformacin (%)

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    Ten

    sin

    (N/m

    m2)

    fc = 90 MPa

    fc = 70 MPa

    fc = 50 MPa

    fc = 30 MPa

    Localizacin dao

    Zona daada

    31

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    cu

    susy

    cu

    susy

    1xd

    us

    u

    s Deformacin ltima hormign

    32

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    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    u

    s

    Efecto x/d en s

    0.000%

    2.000%

    4.000%

    6.000%

    8.000%

    10.000%

    12.000%

    14.000%

    0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

    x /d

    defo

    rmac

    in

    acer

    o

    eu=0.0035 eu=0.0040 eu=0.0050eu=0.0060 eu=0.0070

    Sin confinamiento =0.1

    33

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormignHormign: comportamiento cclico y deformacin lateral

    34

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    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Compresin

    Deformacin lateral

    t l

    Poisson aparente

    fc

    0.2 0.5

    35

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Confinamiento del hormign

    36

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    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Confinamiento

    Total Interaction Nonlinear Sectional Analysis (TINSA)Bairan (2005)

    37

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    u

    s

    wcuccu 1,0

    wcdccd ff 5,11

    cc

    suyhwcuccu f

    f 4,1

    EHE-2008

    Mander et al:

    Caractersticas de diseo del hormign confinado

    0.0

    5.0

    10.0

    15.0

    20.0

    25.0

    30.0

    Ductilidad curvatura

    SCCNCA

    Sin conf.

    Conf. medio

    Conf. alto

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    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Modelos de confinamientoConceptos generales

    05

    101520253035404550

    0 0.01 0.02 0.03

    C30u

    C30cS

    El recubrimiento del hormign rompe a deformacin similar a la compresin uniaxial (algo menor): cu,prob 0.004

    El ncleo tiende a expendir y es contenido por la armadura transversal que lo comprime lateralmente.

    t l39

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Modelos de confinamiento

    Conceptos generales

    Equilibrio interno: traccin armadura compresin hormign.

    El confinamineto no es uniforme si la armadura es rectangular.

    El apoyo lateral es ms efectivo paralelo a la rama del cerco.

    La separacin transversal y longitudinal reduce el confinamiento.

    Factor eficacia de (Mander et al 1988):

    1

    6

    1 2 1

    21

    40

  • 10/02/2013

    21

    05101520253035404550

    0 0.01 0.02 0.03

    C30u

    C30cS

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Modelos de confinamiento

    Mander, Priestley y Park (1988)

    Presin lateral no simtrica (ms general):

    Ganancia de resistencia por confinamiento (fcc)

    Deformacin carga pico:

    Deformacin ltima:

    1 5 1

    0.004 1.4

    (baco basado en superficie rotura Willam-Warnke)

    Calibrado en hormign de resistencia normal

    41

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Modelos de confinamientoEurocodigo 2 (EN-1992)

    Formulacin para presin de confinamiento simtrica (2= 3)

    1

    1

    2 2

    Recomendacin para poder aplicarlo a confinamiento no simtrico:

    13

    Concepto: mantener presin volumtrica (invariante I1)

    , 12

    , 1 5 para 2 0.05 fck

    , 1.125 2.5 para 2 > 0.05 fck

    Ganancia resistencia:

    , ,

    Deformacin carga mxima:

    , 0.2

    Deformacin ltima:

    42

  • 10/02/2013

    22

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Modelos de confinamientoEurocodigo 2 (EN-1992)

    2 , si fck > 50 MPa

    1.0, si fck50 MPaTipo de hormign

    1

    Separacin transversal ramas:

    1 1

    Separacin longitudinal armaduras:

    43

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Modelos de confinamiento

    EHE-08 Ganancia de resistencia: definido en

    artculo relativo a resistencia de bielas

    Wcdccd + ff 5,111,1

    cd

    yd

    tcc

    isi

    cd

    yd

    c

    scW f

    fsA

    lAff

    WW =

    esc c: Factor de tipo de resistencia del hormign.s: Factor de separacin de la armadura de confinamiento.e: Factor de eficiencia de la disposicin de armadura de confinamiento.

    44

  • 10/02/2013

    23

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    c: Factor de tipo de resistencia del hormign.2500,1 mmNfckc

    250250

    21 mmNff, ckckc s: Factor de separacin de la armadura de confinamiento

    c

    t

    c

    ts h

    sbs

    21

    21

    2

    21

    Dst

    s

    D

    sts 2

    1

    Ncleo rectangular:

    Ncleo circular con cercos:

    Ncleo circular con zunchos:

    EHE-08

    Anejo 10: Recomendaciones sismorresistente

    Caractersticas deformaciones:

    45

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Comparacin curvas - EC2 vs. EHE-08

    =0.01 0.87EHE-08 (+Anejo 10)

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016

    Comparison

    C35u C35c C45c C45u C60u C60c

    EN1992 (EC2)

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016

    Comparison

    C35u C35c C45c C45u C60u C60c

    46

  • 10/02/2013

    24

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Fuerza axil

    47

    axil nulo

    47

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Fuerza axil

    48

    axil bajo

    48

  • 10/02/2013

    25

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Fuerza axil

    4949

    axil alto

    49

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Fuerza axil

    50

    Axil-Ductilidad

    0.00

    1.00

    2.00

    3.00

    4.00

    5.00

    6.00

    0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

    N

    Duct

    ilida

    d

    Diagrama interaccin

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    800

    0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

    N

    M

    50

  • 10/02/2013

    26

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Influencia en los parmetros de la relacin M-

    51

    0

    1000

    2000

    3000

    4000

    5000

    6000

    0.00 0.01 0.01 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04

    M(kN

    m)

    (rad/m)

    w=0.1 w=0.25 w=0.4

    N=0 W=0.25

    Rigidez fisurada vara con armado y carga: inercia bruta no representativa. La estimacin propiedades dinmicas (perodo vibracin) depende del diseo final. Lmite elstico vara poco con armado y carga: se puede estimar razonablemente con las

    dimensiones (prediseo).51

    Ductilidad: ventajas y necesidad

    Bairan-Mar, 2013

    Clculo de diagramas momento curvatura

    1. Fijar curvatura2. Estimar deformacin axil3. Clculo campo de tensiones4. Integrar esfuerzo axil5. Axil interno = Axil externo?

    NO: cambiar deformacin axil e ir a 3SI: integrar momento y salir

    Procedimiento general:

    Ejemplo...

    52

  • 10/02/2013

    27

    2 ciclo

    Menor resistencia al cierre de fisura:pinching

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Respuesta cclica de elementos con carga lateral

    1 ciclo

    Posibilidad de pandeo armaduras

    1 ciclo

    53

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Pandeo armaduras longitudinales

    54

  • 10/02/2013

    28

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Respuesta cclica de elementos con carga lateral

    Moyer & Kowalsky (2003)Deformacin plstica barra por traccin previa Barra comprimida

    + Fisuras abiertas

    Armadura transversal: restriccin al pandeo. N de ciclos en rango plstico aumenta longitud libre barra.

    55

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Esfuerzo cortante

    56Total Interaction Nonlinear Sectional Analysis (TINSA)(Bairan 2005) 56

  • 10/02/2013

    29

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Cortante

    Incremento deformacin en long. y trans.: decalaje

    Mayor longitud plastificada Variacin caractersticas M-curv

    57

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Esfuerzo cortante

    5858

  • 10/02/2013

    30

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Efectos esfuerzos concomitantes: Cortante

    59

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Relacin entre comportamiento seccional y del elemento

    313y

    F LEI

    213y y

    L

    60

  • 10/02/2013

    31

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Relacin entre comportamiento seccional y del elemento

    u yp

    M ML

    V

    Zona que plastifica:Rtula plstica

    Definicin de rtula plstica

    En presencia de gradiente de momentos (cortante) las deformaciones plsticas se localizan en una regin finita.

    Es una cuestin de equilibrio y caractersticas del comportamiento no lineal.

    61

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Relacin entre comportamiento seccional y del elemento

    Cmo incluir la influencia del esfuerzo cortante?

    Decalajecalibrado(aprox.)

    Diagramas M(V) (V)

    62

  • 10/02/2013

    32

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Relacin entre comportamiento seccional y del elemento

    u yp

    M ML e

    V

    0.08 0.022 0.44p y yL L f f Priestley (semi-emprica)

    Aproximacin racional, lmite inferior

    Es dificil calcular estos diagramas M-C (V).

    Otros factores influyen en Lp: deslizamiento armaduras: en empotramiento y seccin crtica

    Modelos prcticos:63

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Relacin entre comportamiento seccional y del elemento

    Comportamiento de rtula plstica '2

    yy pL

    p u y pL

    u y p 1 pu

    y y

    Para qu sirve?

    rotula plastica

    zona linealmodelos de inelasticidad concentrada:

    64

  • 10/02/2013

    33

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Relacin entre comportamiento seccional y del elemento

    0.5u y p pL L

    1 0.5pu py y

    L L

    21 3 1 0.5p pL L LL 2 111

    3 0.5pp

    LL L

    L

    65

    1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    Lp=0.05LLp=0.1 LLp=0.2 L

    Relacin entre la ductilidad del elemento (desplazamientos) y la ductilidad de la seccin (curvaturas) dentro de la rtula plstica

    Se puede conseguir la misma ductilidad de desplazamientos con diferentes ductilidades de curvaturas y longitud plstica

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    66

  • 10/02/2013

    34

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Lo analizamos como una mnsula de longitud 0.5L

    Criterio:preferiremos la zona sub-crtica del diagrama de interaccin

    Pilares a doble curvatura

    67

    Posicin adecuada rtulas plasticas es responsabilidad del proyectista

    Vigas

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    68

  • 10/02/2013

    35

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Comportamiento cclico: Lazos de histresis

    Area encerrada = energa disipada

    Amortiguamiento viscoso equivalente (eq)...

    Nivel de cargas estableen ciclos sucesivos

    < 20%Al menos 5 ciclos

    69

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Comportamiento cclico: Lazos de histresis

    Nivel de cargas inestableen ciclos sucesivos Comportamiento pobre

    Menos energa disipadaNo se mantiene con los ciclos

    > 20%

    70

  • 10/02/2013

    36

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Ftot

    u

    =min max,u u

    max min,u uEnerga disipada en cada ciclo

    FK

    u

    K

    Rigidez Amortiguamiento Sistema completo

    +

    Efecto del comportamiento cclico en el anlisis dinmico

    M

    K, C

    eq.1eq.2

    FD

    u

    c2c1>c2

    El rea del lazo de histresis se puede asimilar a un amortiguamiento adicional

    71

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Qu implica en el comportamineto dinmico?

    Keq, Ceq

    M

    72

  • 10/02/2013

    37

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Criterio de reduccin espectro de respuesta (demanda elstica): Relaciones q y

    0.0

    5.0

    10.0

    15.0

    20.0

    25.0

    0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

    Sa(m

    /s2)

    T

    Sa

    Criterio igual aceleracin

    M

    K

    u

    Si K la masa se mueve lo mismo que el suelo. Sa=PGA.

    73

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Criterio de reduccin espectro de respuesta (demanda elstica): Relaciones q y

    0.0

    5.0

    10.0

    15.0

    20.0

    25.0

    0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

    Sa(m

    /s2)

    T

    SaCriterio igual energa

    74

  • 10/02/2013

    38

    Bairan-Mar, 2013

    Comportamiento estructuras de hormign

    Criterio de reduccin espectro de respuesta (demanda elstica): Relaciones q y

    0.0

    5.0

    10.0

    15.0

    20.0

    25.0

    0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

    Sa(m

    /s2)

    T

    Sa

    75

    Barcelona, 11 febrero 18 marzo, 2012

    Diseo y evaluacin sismorresistente de estructuras

    Curso de especializacin:

    Tema 4: Comportamiento ssmico de estructuras 1

    Profesores:

    Jess M. BAIRNDr. Ing. Caminos, C. y P.Profesor AgregadoUPC

    Antonio R. MARDr. Ing. Caminos, C. y P.CatedrticoUPC

    76