Nancy Torres Castellanos

Pedro Nel Quiroga Saavedra

Uniones viga-columna

conectadas con anclajes

adhesivos

Seminario Anclajes en Concreto

Bogotá, Agosto 13 de 2014

Contenido

• Introducción

• Aspectos que influyen en el comportamiento de uniones viga-columna (UVC)

• Daños en sismos

• Rehabilitación de UVC

• Investigaciones realizadas ECI

• Conclusiones

2

Introducción

Edificaciones construidas antes de los 70-80 poseen deficiencias significativas en configuración estructural y en detallado

Entre las deficiencias más frecuentes:

• Discontinuidad del refuerzo longitudinal en vigas y columnas,

• Amplia separación del refuerzo transversal.

3

• Detallado común de edificios de concreto reforzado antes de 1976

4

Daños en Sismos

• Muchos edificios de concreto reforzado han sufrido daños severos o han colapsado en sismos recientes debido a la distribución inadecuada del refuerzo en la zona de los nudos (la cantidad de refuerzo a cortante y el anclaje de las barras longitudinales en las columnas).

• En eventos sísmicos, las deformaciones inelásticas se

concentran en las vigas, en las regiones de los nudos,

(en los extremos… fuera de los nudos)

5

Daños en Sismos

Un buen comportamiento estructural depende de:

• La capacidad que tiene la viga de sufrir rotaciones en los

extremos

• El esfuerzo cortante en el nudo,

• La distribución del refuerzo longitudinal en la viga

• La distribución del refuerzo transversal en el nudo.

• La adherencia del refuerzo

6

Daños en sismos

• Se pueden presentar comportamientos indeseables entre

ellos

– ductilidad global limitada y

– baja absorción de energía sísmica

7

Confinamiento deficiente

8

Confinamiento deficiente

9

Excentricidad de Uniones

10

Continuidad de Uniones

11

Daños en sismos

• La adherencia se ve afectada cuando se presentan

grietas diagonales por los efectos de fuerza cortante.

• El diseño por fuerza cortante de una unión viga-

columna requiere la determinación de las fuerzas que se

desarrollan cuando en los extremos de las vigas se

forman articulaciones plásticas.

•

12

Fuerzas en el nudo

13

En Rehabilitación…

• El objetivo principal de un proyecto de rehabilitación es restaurar o mejorar la capacidad estructural de una estructura

• Conocer cuál será el comportamiento de las estructuras después que han sido rehabilitadas.

14

Conexiones

• Garantizar en elementos estructurales

– Resistencia,

– Rigidez y

– Ductilidad

– Conexión entre ellos, para que se desarrollen estas

características.

• Se debe evitar la disminución súbita de la resistencia y

la rigidez del nudo, ya que éste hace parte de la columna

y su daño representa un impacto directo en la respuesta

general y la estabilidad del elemento.

•

• . 15

Conexiones

• En reforzamiento es común anclar elementos nuevos a

concreto existente

• Las barras del nuevo elemento se conectan a elementos

existentes mediante anclajes adhesivos

16

Conexiones

17

Reforzamiento - Recrecimiento

18

Reforzamiento - Recrecimiento

19

Reparación

• En el caso de elementos nuevos que vayan a ser parte

del sistema sismo resistente surge la pregunta de cómo

será el comportamiento ante cargas cíclicas de

elementos conectados mediante anclajes adhesivos en

comparación con elementos monolíticos

20

Programa experimental

En el laboratorio de la Escuela Colombiana de Ingeniería se realizaron ensayos de prototipos de conexiones viga-columna monolítica, no monolítica y acarteladas no monolíticas sometidas a cargas cíclicas mediante un actuador dinámico buscando:

• Evaluar el grado de disipación de energía de la conexión,

• Degradación de la rigidez,

• Comportamiento histerético y tipos de falla

21

Programa experimental

• Para el estudio se elaboraron catorce prototipos de unión

viga – columna exterior de concreto reforzado a escala

real con las siguientes propiedades:

• Sección de la viga: 30 x 30cm.

• Longitud de la viga: 1,35 metros (incluyendo la unión)

• Sección de la columna: 30 x 30cm

• Longitud de la columna: 1,70 metros (incluyendo la

unión)

22

Monolíticas

23

Con zona de confinamiento

24

Sin zona de confinamiento

25

Construcción

26

Construcción

27

Programa experimental (1)

(Amado-Felizzola)

28

Uniones Configuración No de barras

Vigas

Longitud de

Anclaje

No de

Especímenes

Monolíticas 25 cm con gancho 2

No

Monolíticas Sin cartelas 8 – f 5/8”

15 cm, 20 cm, 25

cm 6

No

Monolíticas Con cartelas

8 – f 5/8”

15 cm, 20 cm, 25

cm

6

Montaje

29

Actuador seudodinámico

Columna

Viga

LVDT

LVDT

Protocolo

30

AMPLITUD vs. TIEMPO

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 50 100 150 200 250 300 350

Tiempo (s)

Am

pli

tud

(m

m)

Resultados

31

Vertical

es

Inclina

das1 4 4 5/8" 25 cm Químico 55,04 33,63 5,80 2,618 45,15%

2 4 4 5/8" 25 cm Químico 54,69 33,63 5,80 2,602 44,86%

3 4 4 5/8" 20 cm Químico 49,15 33,90 5,82 2,338 40,16%

4 4 4 5/8" 20 cm Químico 42,84 33,63 5,80 2,038 35,14%

5 4 4 5/8" 15 cm Químico 42,15 33,90 5,82 2,005 34,44%

6 4 4 5/8" 15 cm Químico 38,10 33,90 5,82 1,812 31,13%

7 4 0 5/8" 25 cm Químico 27,61 33,90 5,82 1,313 22,56%

8 4 0 5/8" 25 cm Químico 31,47 33,90 5,82 1,497 25,71%

9 4 0 5/8" 20 cm Químico 29,39 33,63 5,80 1,398 24,11%

10 4 0 5/8" 20 cm Químico 26,63 33,63 5,80 1,267 21,84%

11 4 0 5/8" 15 cm Químico 16,60 33,90 5,82 0,790 13,56%

12 4 0 5/8" 15 cm Químico 19,50 33,63 5,80 0,928 16,00%

13 4 0 5/8" 25 cm Monolítico 49,15 36,03 6,00 2,338 38,95%

14 4 0 5/8" 25 cm Monolítico 47,59 36,03 6,00 2,264 37,71%

N° de BarrasN°

P Máxima

(kN)f Anclaje

Tipo de

Anclaje%

t

(MPa)f'c (MPa)

tteorico

(MPa)

Comportamiento histerético

32

CICLOS DE HISTERESIS

-60

-40

-20

0

20

40

60

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Desplazamiento (mm)

Fu

erz

a (

kN

)

15 20 25 M 15A 20A 25A

Programa experimental (2)

(Rodriguez) • Para el estudio se elaboraron diez prototipos de unión viga

– columna exterior de concreto reforzado a escala real con

las siguientes propiedades:

• Grado de disipación DMO

• Con y sin zona de confinamiento en la columna

• Sección de la viga: 30 x 30cm.

• Longitud de la viga: 1,35 metros (incluyendo la unión)

• Sección de la columna: 30 x 30cm

• Longitud de la columna: 1,70 metros (incluyendo la unión)

33

Programa experimental (2)

34

Uniones Configuración No de

barras Vigas

Longitud de

Anclaje

No de

Especímen

es

Monolíticas 35 cm con

gancho 2

No

Monolíticas

Con zona de

confinamiento 8 – f 5/8” 30 cm, 35cm 6

No

Monolíticas

Sin zona de

confinamiento

8 – f 5/8”

30 cm, 35cm

6

Monolíticas

35

Con zona de confinamiento

36

Sin zona de confinamiento

37

Construcción

38

Selección de adhesivo

39

Ensayos de extracción

40

Selección de adhesivo

41

PROFUNDIDAD

ANCLAJE

RESISTENCIA

A LA

EXTRACCIÓN

RESISTENCIA

A LA

EXTRACCIÓN

PROM

ESFUERZO DE

TENSIÓN

ÁREA

EXPUESTA

DEL

ADHESIVO

ADHERENCIA

DEL ADHESIVO

% DE

EFICIENCIA

( cm ) ( Kgf ) ( Kgf ) ( Kgf/cm 2 ) ( cm 2 ) ( Kgf/cm 2 ) ( * )

1-30 7970

Falla por

agrietamiento del

concreto

1-30 7840

Falla por

agrietamiento del

concreto

1-35 9320

Falla por

agrietamiento del

concreto

1-35 8020

Falla por

agrietamiento del

concreto

2-30 8180

Fisuración en forma

de cuña

2-30 8100

Fisuración en forma

de cuña

2-35 8380

Fisuración en forma

de cuña

2-35 9290

Fisuración en forma

de cuña

3-30 7410

Falla por

agrietamiento del

concreto

3-30 6370

Falla por

agrietamiento del

concreto

3-35 8460

Falla por

agrietamiento del

concreto

3-35 8160

Falla por

agrietamiento del

concreto

(*) Calculados en base al de mejores resultados

53

50

54

51

46

35

150

175

150

175

150

175

3972

4357

4090

4440

3462

4176

30

35

30

35

30

8140 100%

8835 100%

48

MUESTRA Ø BARRA ADHESIVO CONDICIÓN FINAL DEL

ANCLAJE

5/8"

1

7905 97%

8670 98%

3

6890 85%

8310 94%

2

Construcción de UVC

42

Construcción de UVC

43

Comportamiento histerético

44

Comportamiento histerético

45

Comportamiento histerético

46

Falla de los especímenes

47

Resultados

48

%

FUERZA MAX DESPLAZAMIENTO FUERZA DESPLAZAMIENTO DE FUERZA DESPLAZ.

cm kN. mm kN. mm EFICIENCIA kN mm

PUM-1 MONOLÍTICA 57,88 15,16

PUM-2 MONOLÍTICA 58,88 16,95

AEZC-3 30 50,50 15,17

AEZC-4 30 49,94 12,09

AEZC-5 35 54,02 12,11

AEZC-6 35 54,4 12,09

AENC-7 30 46,28 13,55

AENC-8 30 45,85 15,19

AENC-9 35 49,15 13,39

AENC-10 35 47,57 9,15

% de eficiencia= Calculado en base al de mayor resultado

0,93

PROMEDIO

58,4

VALOR TEÓRICO (TABLA 3-3)

48,3 13,0

0,8311,3

PROTOTIPOS

1,00

0,79

0,86

LONGITUDES

DE ANCLAJE

14,4

RESULTADO EXPERIMENTAL

54,2

46,1

48,4

50,2

16,1

13,6

12,1

Envolvente de curvas de Histéresis

49

Comportamiento histerético

50

Conclusiones

• Por lo general los anclajes con adhesivos epóxicos se usan

para vincular elementos estructurales nuevos a elementos ya

existentes, es necesario asegurar que el comportamiento de

los elementos nuevos y en si el de la estructura reforzada es

el que se espera.

• Es necesario garantizar la ductilidad de esos elementos, que

tengan similar comportamiento a los monolíticos

• Se deben hacer cálculos para encontrar las longitudes de

anclaje que dependen de diferentes variables

(recubrimiento, separación, cargas estáticas? dinámicas?)

51

52

Gracias!

53