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Estudio del Comportamiento Sísmico de Edificios de Muros Delgados de

Concreto Reforzado

Carlos Arteta, Ph.D.Carlos Blandón , Ph.D.Ricardo Bonett , Ph.D.Julián Carrillo , Ph.D.

6CIIME – Sexto Congreso Internacional de Ingenieríade Materiales y Estructuras

21 de Septiembre de 2018

MotivaciónM

aule

, 201

0Pa

ndeo

Antecedentes del CEER

2015i. Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2015). Comportamiento experimental de elementos de borde de

muros con capacidad de Disipación de Energía Especial (DES). Artículo presentado en el VIICongreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Bogotá.

ii. Blandón, C. A., Rave, J. F., & Bonett, R. L. (2015). Comportamiento de muros delgados de concretoreforzado ante cargas laterales. Artículo presentado en el VII Congreso Nacional de IngenieriaSismica, Bogota.

2016i. Arteta, C. A., Sánchez, J., Daza, R., Pájaro, C., Blandón, C. A., Bonett, R. L., & Carrillo, J.

(2016). Thin wall reinforced concrete building data base for the city of Armenia (Colombia)and testing specimen selection. Report 001 CEER – Colombian Earthquake EngineeringResearch Center. Barranquilla.

ii. Segura, C. L., Wallace, J. W., Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2016). Deformation capacity ofthin reinforced concrete shear walls. Paper presented at the Proceedings of 2016 NZSEEConference, Auckland.

2017i. Arteta, C. A. (2017). Mecánica simple de muros delgados con aleta, aspectos a considerar

para su diseño en Colombia. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional deIngeniería Sísmica, Barranquilla.

ii. Arteta, C. A., Sánchez, J., Daza, R., Blandón, C. A., Bonett, R. L., Carrillo, J., & Vélez, J.C. (2017). Global and local demand limits of thin reinforced concrete structural wall buildingsystems. Paper presented at the 16th World Conference on Earthquake Engineering,Santiago.

iii. Martínez, A. F., Daza, R., & Arteta, C. A. (2017). Modelación de muros delgados de concretoreforzado. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica,Barranquilla.

iv. Sánchez, J., & Arteta, C. A. (2017). Caracterización estadística de edificios de muros delgadosen concreto reforzado para zonas de amenaza sísmica alta. Paper presented at the VIIICongreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Barranquilla.

v. Vélez, J. C., Blandón, C. A., Bonett, R. L., Arteta, C. A., Carrillo, J., Almeida, J. P., &Beyer, K. (2017). Ensayos cuasi-estáticos cíclicos de muros delgados de concreto reforzado enedificios colombianos. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional de IngenieríaSísmica, Barranquilla.

2018i. Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2018). Seismic Performance of a building subjected to intermediate

seismic shaking. ACI Structural Journal. Vol. 115, No. 2, p.299-309, doi: 10.14359/51701095.

ii. Rosso, A., Jiménez-Roa, L. A., de Almeida, J. P., Guerrero, A. P., Blandón, C. A., Bonett, R. L., &Beyer, K. (2018). Cyclic tensile-compressive tests on thin concrete boundary elements with a singlelayer of reinforcement prone to out-of-plane instability. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(2),859-887. doi:10.1007/s10518-017-0228-1

iii. Kolozvari, K., Arteta, C. A., Fischinger, M., Gavridou, S., Hube, M., Isakovic, T., . . . Wallace, J. W.(2018). Comparative Study of State-of-the-Art Macroscopic Models for Planar Reinforced ConcreteWalls. ACI Structural Journal, In press, doi: 10.14359/51710835.

iv. Segura, C. L., Arteta, C. A., Araujo, G. A., & Wallace, J. W. (2018). Flexural CompressionCapacity of Thin Reinforced Concrete Structural Walls. Paper presented at 11th NationalConference on Earthquake Engineering, Los Angeles.

v. Carrillo, J., Díaz, C., Arteta, C. A. (2018). Tensile mechanical properties of Colombianelectro-welded wire mesh. Paper submitted to Construction and Building Materials Journal.

vi. Blandon, C., Arteta, C. A., Bonett, R., Carrillo, J., Beyer, K., and Almeida J. (2018) Response ofThin Reinforced Concrete Walls with a Single Curtain of Web Reinforcement under Cyclic Loading,paper submitted to Engineering Structures.

Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado

Norma Peruana E.030 – Diseño Sismorresistente, aclara que con este sistema solo se pueden alcanzar edificaciones de hasta 8 pisos y solo es apto para estructuras importantes (B) o esenciales (A2) en zonas

sísmicas bajas (1), o estructuras comunes en todas las zonas sísmicas, ver Tabla 4 . Por otro lado, su coeficiente de reducción de la fuerza sísmica es Ro = 4 y las estructuras con este sistema deben tener

una deriva máxima (Δ i / hei) de 0.5%.


Tabla 1. Categorías y zonas para el sistema de Edificaciones de Muros de Ductilidad Limitada EMDL según E.030Cap.3

Categorías Valor Ro Zonas de Amenaza sísmica 1 - Baja 2 - Intermedia 3- Intermedia 4 - Alta

A1 - Esenciales 4 x x x x A2 - Esenciales 4 Permitido x x B - Importantes 4 Permitido x x x C - Comunes 4 Permitido Permitido Permitido Permitido D - Temporales 4 x x x x


(a) (b)

.

,

, ·

. Ecuación 2 - Actual NSR-10

Ecuación 3 - ACI 318-14NSR-19?


. . Ecuación 2 Ecuación 3

0

1000

2000

3000

4000

0 1000 2000 3000

Ash

[mm

2 ]

lbe [mm]

Ash [mm2], Ec. 2

Ash [mm2], Ec. 3

0

1000

2000

3000

4000

0 1000 2000 3000

Ash

[mm

2 ]

lbe [mm]

Ash [mm2], Ec. 2

Ash [mm2], Ec. 3

0

1000

2000

3000

4000

0 1000 2000 3000

Ash

[mm

2 ]

lbe [mm]

Ash [mm2], Ec. 2

Ash [mm2], Ec. 3

0

1000

2000

3000

4000

0 1000 2000 3000

Ash

[mm

2 ]

lbe [mm]

Ash [mm2] , Ec. 2

Ash [mm2] , Ec. 3

(a) (b)

tw =150 mm tw =200 mm

tw =300 mm tw =400 mm

tw=150mm tw=200mm

tw=300mm tw=400mm

Ec. 3

Ec. 2Ec. 3

Ec. 2

Ec. 3Ec. 2

Bases de Datos de Edificios de Muros Delgados de Colombia

• Bases de datos de edificios de muros delgados de las ciudades de Armenia, Cali, Bogotá y Medellíncon su respectivo análisis estadístico multivariado.

Di-dir

Di-dir = Area( ) / Area( )

BtBl

Hw

~ 180 edificios~ 500 muros al detalle

Bases de Datos de Edificios de Muros Delgados de Colombia

• Modelación elástica cronológica

0.01

0.1

1

0.01 0.1 1 10

Sa, g

Período, s

Med+1Sigma MedianMed-1Sigma MedianCBMed+1CB Med-1CBNSR-10

(a) (b)

0.01

0.1

1

0.01 0.1 1 10

Sa, g

Período, s0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0.25 0.5 0.75 1 1.25

Hw

[m]

DT, [%]

228.7

Dirección longitudinal Dirección transversal

Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado

• Profundidad del eje neutro de muros con aletas• Relaciones My/Mcr

(a)y = 0.0076x + 0.0655R² = 0.3989

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 10 20 30 40 50

c/l w

Hw [m]

y = 9.45x + 0.68R² = 0.56

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0.0 0.1 0.2 0.3

My/

Mcr

Icr*/Iweb

(b)

0.07


• Comportamiento mecánico de las mallas electrosoldadas

0

275

550

825

0 0.008 0.016 0.024

Esfu

erzo

(M

Pa)

Deformación unitaria ()

ModeloEmpresa AEmpresa BEmpresa CEmpresa D

(a)

0

275

550

825

0 0.008 0.016 0.024

Esfu

erzo

(M

Pa)



(b)

0

275

550

825

0 0.008 0.016 0.024

Esfu

erzo

(M

Pa)



(c)

0

225

450

675

900

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14

Stre

ss, M

Pa

Strain

7mm- WWMtypically used

ductile 6mm steel

4mm 5mm 6mm

Deformación última (u): Varió entre 0.82% y 1.46%. La limitada capacidad de deformación y el bajo valor de k (1.12) de los alambres, sugiere revisar las implicaciones en requisitos para diseño.


• Acero de malla:

• fy = 570 Mpa

• εsrup = 0.015

• Concreto

• f’c = 28 Mpa

• Revisión de la hipótesis de diseño

c

Csf = Asf f sf

P=Ag f'c

ec = 0.003?

tw

N.A.

Ccf = a1 f'c(lf-tw)ß1 tf

Tsw = ? Asw,t f sw,t

Mn

l f

t f

lw

Ccw = a1 f'ctwß1c

? = 0.00250.00500.0075

Asw1

Csw = ? Asw,c f sw,c

ey < es< erup?

Asw2

(a) cu

y < su < rup ?


• Revisión de la hipótesis de diseño si srup = 1.5%


• Revisión de la hipótesis de diseño si srup = 1.5%, 3% y 6%


• Limitaciones de uso de mallas electrosoldadas en ACI-318-14


• Limitaciones para sistemas de ductilidad limitada y uso de mallas electrosoldadas en Perú

Los Experimentos del CEER

• Muros de Medellín


• Muros de EPFL


• Muros de Armenia

LLRPLR YABC

YBC

DCR

DCR

YBC

PLR

LLR

-350

-250

-150

-50

50

150

250

350

-0.015 -0.005 0.005 0.015

Bas

e sh

ear,

Vb

[kN

]

Drift ratio

NSR

-10

drift

lim

it

NSR

-10

drift

lim

it

LLR

PLR YABC

YBC

DCR

DCR

YBC

YABCPLR

LLR

-350

-250

-150

-50

50

150

250

350

-0.015 -0.005 0.005 0.015

Bas

e sh

ear,

Vb

[kN

]

Drift ratio

NSR

-10

drift

lim

it

NSR

-10

drift

lim

it

LLRPLR YABC

YBC

DCR

DCR

YBC

YABC

PLRLLR

-350

-250

-150

-50

50

150

250

350

-0.015 -0.005 0.005 0.015

Bas

e sh

ear,

Vb

[kN

]

Drift ratio

NSR

-10

drift

lim

it

NSR

-10

drift

lim

it

LLR

PLRYABC

YBC

DCR

DCR

YBC

YABCPLR

LLR

-350

-250

-150

-50

50

150

250

350

-0.015 -0.005 0.005 0.015

Bas

e sh

ear,

Vb

[kN

]

Drift ratioN

SR-1

0dr

ift li

mit

NSR

-10

drift

lim

it

W4 W5

W6 W7

W4 W5



-350

-250

-150

-50

50

150

250

350

-0.015 -0.010 -0.005 0.000 0.005 0.010 0.015

Bas

e sh

ear,

Vb

[kN

]

Drift ratio

W4W5W6W7K0,flex0.20K0,flex

Lím

iteN

SR-1

0 : 1

.43%

Análisis de Bases de Datos

• Estimaciones de capacidad de rotación

y = 0.32x-1.15

R² = 0.77

0.0%

1.0%

2.0%

3.0%

4.0%

0 5 10 15 20 25 30 8

0

hu/tw

y = 0.16x-0.87

R² = 0.77

0.0%

1.0%

2.0%

3.0%

4.0%

0 10 20 30 40

80

lw/tw

1%/0.7 1%/0.7

(a) (b)

Análisis de Bases de Datos

• Estimaciones de capacidad de rotación experimental

0.0%

1.0%

2.0%

3.0%

4.0%

5.0%

6.0%

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

80

c/tw

Riva y Franchi 2001 UCLACEER 2017 EPFLLím. Inf. CEER Segura y Wallace 2018Lím. Sup. CEER Lim NSR-10

1%/0.7

0.055

,0.069

,0.027

Análisis Basado en Desplazamientos

0.22 3 1.4

Edificio de 10 Pisos Edificio de 15 Pisos

Límite NSR-10 : 1.43% Límite NSR-10 : 1.43%

y

p,u

u p,u hw=u Lp hw

u

LpLp=lw/2

u = (u / c)

y(a) (b)

hw

El Pandeo Fuera del Plano

• Experimentos en EPFL + modelación

Espécimen TW1, ensayado en el EPFL de Suiza por Rosso et al. (2015)

Caso de Estudio: Análisis Inelásticos de Estructuras Tipo

Escalera

10

13

14

12

16

15

18

17

19

21

20

22

(a)

(b)

(c)

Tabla 1. Parámetros de desempeño sísmico de la estructura. Modelo f‘c [MPa] μ @ Vpr = δpeak/δy μ @ Vu = δu/δy Ω0

S5-tw080 21 2.15 3.52 4.61 S5-tw100 21 2.29 3.62 4.82 S10-tw100 31 2.90 6.32 2.05 S10-tw120 31 3.04 6.54 2.02 S15-tw120 49 3.33 6.99 1.18 S15-tw150 31 3.33 5.35 1.13

• Estimaciones de capacidad de ductilidad y sobrerresistencia


(FT)(RW)(FT)(FC)(FT)(FC)(RW)(FC)






(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

• Relación demanda global y local

2 ⁄

y

p,u

u p,u hw=u Lp hw

u

LpLp=lw/2

u = (u / c)

y(a) (b)

hw


0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

SDR

[%]

RDR [%]

5-story Building

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

SDR

[%]

RDR [%]

10-story Building

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

SDR

[%]

RDR [%]

15-story Building

1st SDR

Max SDR

1st SDR

Max SDR

1st SDR

Max SDR

(a) (b) (c)

GRACIAS!

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