lo nuevo en aci 318-19 - aice

Lo nuevo en ACI 318-19:Resistencia al Corte y Aceros de Alta Resistencia

Víctor Aguilar, Ph.D.

Fabián Alvear

2020

Índice Presentación• Diseño al corte

• Concepto• ACI 318 método tradicional y sus inconvenientes• ACI 318-19 y su desempeño

• Acero de alta resistencia• Ventajas y dudas• Nomenclatura y normativa• Datos experimentales• Comportamiento• Tendencias en el uso• Actualización normativa ACI 318-19• Ejemplos de aplicación

Mecanismos de Resistencia al Corte

A. Lepage, R. D. Lequesne (?)

Mecanismos de Resistencia al Corte

1. shear transfer through uncracked concrete

2. aggregate interlock along cracks

3. dowel action of longitudinal reinforcement

Resistencia al Corte (Elem. Sin estribos)

La resistencia disminuye a medida

que la sección transversal crece

Aguilar (2020)

ACI 318-14 One-Way Shear Vn

MKS esfuerzo en kgf/cm2

ACI 318 traditional

• Ecuaciones Empíricas.

• Muchas ecuaciones.

• Diseños no conservadores en caso de vigas de sección “alta”

d>30 in. (75cm).

• Diseños no conservadores en caso de vigas con “poco” refuerzo

longitudinal (rw<0.01).

Inconvenientes:

Vexp/Vpred > 1.0 Safe

Vexp/Vpred = 1.0 Perfect

Vexp/Vpred < 1.0 Unsafe

ACI 318-19 NUEVO

▪ Elementos CON estribos

▪ Un factor de corrección por tamaño de

la sección se incorpora a la ecuación

para elementos SIN estribos

▪ Resistencia al corte depende de la raíz

cúbica de rw

▪ Vd/M ya no aparece en la ecuación

▪ Elementos SIN estribos

MKS esfuerzo en kgf/cm2

Desempeño de Métodos ACI 318ACI 318-14Elementos SIN estribos:

ACI445 #784 tests




Desempeño de Métodos ACI 318Elementos SIN estribos: ACI 318-19

ACI445 #784 tests




ACI 318-14

Elementos CON estribos:

ACI 318-19

ACI445 #170 tests




Desempeño de Métodos ACI 318

Conclusiones I

• Contamos ahora con un método de diseño más robusto y más sencillo.

• En la Universidad San Sebastián estamos estudiando cuales son los efectos prácticos de la aplicación de este nuevo método de diseño.

• La comisión ACI 318E – Sectional strength adjudicó a Auburn University un proyecto para evaluar posibles modificaciones en el factor de reducción de resistencia (f).

Aceros de Alta Resistencia

• Disminuye la cantidad de acero necesaria:• Menor congestión de armaduras,• Facilita y acelera la construcción,• Menor huella de carbono,• Construcción sustentable.

• Menos tiempo de construcción:• Menos tiempo de exposición a accidentes, • Aumento de Seguridad en la Industria.

• Eventual uso de secciones de hormigón más pequeñas.

• Ahorro económico:• Uso más eficiente de los recursos,• Construcción Sustentable.

https://www.enr.com/articles/9755-pankow-foundation-charts-ambitious-research-goals-for-high-strength-rebar

Aceros de Alta Resistencia

• Ofrece menor ductilidad que el acero tradicional ¿cierto?

• El desempeño sísmico no está probado ¿o sí?

• Las normas nacionales no permiten usar acero de alta resistencia ¿seguro?

• Mucho más caro que el acero tradicional ¿verdad?

https://www.structuremag.org/?p=7818

Requerimientos de fabricación para barras de

acero de refuerzo

• NCh 204:

Barras Laminadas en Caliente para Hormigón Armado

• ASTM A615:

Deformed and Plain Carbon-Steel Bars for Concrete Reinforcement

• NCh 3334:

Barras Laminadas en Caliente Soldables para Hormigón Armado

• ASTM A706:

Deformed and Plain Low-Alloy Steel Bars for Concrete Reinforcement

Calidades de AceroNorma Nomenclatura min. Fu (MPa) min. Fy (MPa) *min. e f

A440-280H (A440H) 440 280 0,16

A630-420H (A630H) 630 420 0,08

A700-520H (A700H) 700 520 0,08

A730-550H (A730H) 730 550 0,08

Grade 40 420 280 0,11

Grade 60 550 420 0,07

Grade 80 690 550 0,06

Grade 100 790 690 0,06

NCh204

ASTM A615

Norma Nomenclatura min. Fu (MPa) min. Fy (MPa) *min. e f

NCh3334 A630-420HS (A630S) 630 420 0,08

Grade 60 550 420 0,10

Grade 80 690 550 0,10ASTM A706

Información estadísticaFabricación en USA 2010-2017

Mander and Matamoros (2019)CRSI, Steel Mill Property Database Years 2010-2017

Grado

ASTM ksi (MPa) Equivalencia m (MPa) V (%) m (MPa) V (%) m V (%) m V (%) Muestras

A615 40 (280) A440H 372 13 542 11 0,20 17 1,46 7 26578

A615 60 (420) A630H 494 10 723 5 0,13 15 1,48 9 482309

A615 75 (520) A700H 587 7 798 5 0,12 24 1,36 7 22777

A615 80 (550) A730H 616 6 832 5 0,12 17 1,35 8 1801

A615 100 (690) 742 4 954 4 0,10 22 1,29 3 171

A706 60 (420) A630S 481 5 653 4 0,16 14 1,36 4 68153

A706 80 (550) A730S 605 4 794 3 0,14 13 1,31 3 1398

Fy Fu e f Fu/Fy

• ACI ITG, 2010:

• Guía para diseño con acero Grado 100 (690 MPa),

• No aplica a diseño sísmico en SDC D,E,F.

• ACI 439.6R-19

Serviciabilidad

• ACI 318-14 y anteriores

Subestima la deformaciones en miembros con poco refuerzo

• ACI 318-19

Longitud de desarrollo

CRSI (2020)

2014 2014 2014

Comportamiento cíclico y ductilidad

Barcley & Kowalsky (2020)


Ghannoum W. (2017)


Huq et al. (2018)

Diseño SísmicoACI 318-11

Diseño sísmico

A440-280H A630-420H A700-520H A730-550H

mín 280 420 520 550

máx - 545 645 675

Fu mín 440 630 700 730

Fu/Fy mín 1,25 1,25 1,25 1,25

*e f mín 0,16 0,08 0,08 0,08

Parámetro

Fy

Mander and Matamoros (2019)

Cambios en normaACI 318-19

• Refuerzo transversal (corte y torsión) sigue limitado a acero Gr. 60 para cargas verticales.

CRSI (2020)

Diseño Sísmico

• Pandeo de Barras

Giamundo et al. (2014)

Ductilidad en flexiónmín. para vigas en ACI 318-14

0,004

ACI 318-19: Vigas se deben diseñar para falla controlada por tracción

Tendencias de uso de acero en USA

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

GRADO 40 5,4 4,1 5,2 3,8 2,8 3,8 3,7

GRADO 60 91,7 93,3 91,7 90,7 92,5 91,7 91,2

GRADO 75 2,8 2,5 2,7 5 3,9 3,5 3,8

GRADO 80 0,1 0,2 0,4 0,5 0,7 1 1,3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PORCENTAJE (%

)

PRODUCCIÓN DE BARRAS DE REFUERZO EN USA

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

GRADO 75 2,8 2,5 2,7 5 3,9 3,5 3,8

GRADO 80 0,1 0,2 0,4 0,5 0,7 1 1,3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

PORCENTAJE (%

)

PRODUCCIÓN DE BARRAS DE REFUERZO DE ALTA RESISTENCIA EN USA

CRSI, Steel Mill Property Database Years 2010-2017

Tendencias de uso de acero en USA

2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

GRADO 40 5,4 4,1 5,2 3,8 2,8 3,8 3,7

GRADO 60 91,7 93,3 91,7 90,7 92,5 91,7 91,2

GRADO 75+80 2,9 2,7 3,1 5,5 4,6 4,5 5,1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

PORCENTAJE (%

)

PRODUCCIÓN DE BARRAS DE REFUERZO EN USA

CRSI, Steel Mill Property Database Years 2010-2017

Tendencias de uso de acero en Chile

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

A440H

A630H

A630HS

ASTM A706 Gr. 80

A440H A630H A630HSASTM A706 Gr.

80

% Producción 3 88 6 3

PRODUCCIÓN DE ACERO EN CHILE (CAP 2020)

Jackson SchoolRoad Bridge (Oregon)

El tablero 25m x 85 m

• 66 tons de Acero Grado 60

• 55 tons de Acero Grado 80

• Reducción 17%

El acero Grado 80 es un 6% más caro

• $ 118,200 usando Grado 60 ($0,90/lb)

• $ 105,300 usando Grado 80 ($0,95/lb)

• Ahorro 11%

Shike ODOT

Hess Creek Br. 22002 (Oregon)

Pilotes pre-excavados D=2,4m L=30m

• 9,6 tons de Acero Grado 60

• 7,4 tons de Acero Grado 80

• Reducción 23%

Shike ODOT

Reposición Puente Negro N°2 - Ancud

A630H Precio Material P. U. Cantidad Total Diferencia

($/kg) ($/kg) (kg) (CLP $) (%)

Oferta 1 $600 $1.518 41.117 $62.415.606 -

Oferta 2 $600 $1.975 41.117 $81.206.075 -

Oferta 3 $600 $2.147 41.117 $88.278.199 -

A630S Precio Material P. U. Cantidad Total Diferencia

($/kg) ($/kg) (kg) (CLP $) (%)

Oferta 1 $630 $1.548 41.117 $63.649.116 2,0

Oferta 2 $630 $2.005 41.117 $82.439.585 1,5

Oferta 3 $630 $2.177 41.117 $89.511.709 1,4


($/kg) ($/kg) (kg) (CLP $) (%)

Oferta 1 $660 $1.578 33.210 $52.405.380 -15,7

Oferta 2 $660 $2.035 33.210 $67.582.350 -16,5

Oferta 3 $660 $2.207 33.210 $73.294.470 -16,7


($/kg) ($/kg) (kg) (CLP $) (%)

Oferta 1 $678 $1.596 31.398 $50.111.208 -23,5

Oferta 2 $678 $2.053 31.398 $64.460.094 -24,8

Oferta 3 $678 $2.225 31.398 $69.860.550 -25,1

Costos en Chile

Usando como referencia A630-420H

• A630-420HS : +5%

• A700-520H : +10%

• A730-550H : +13%

Conclusiones II

• Podemos aprovechar las ventajas que ofrece el acero de alta resistencia.• Investigación en el área,• Actualizaciones en normas,• Guías de diseño disponibles.

• Muchos avances en responder a las inquietudes iniciales: • Serviciabilidad,• Adherencia al hormigón, • Ductilidad y desempeño sísmico.

• Así como el A630 reemplazó al A440, eventualmente el A700 (o A730) terminará reemplazando al A630.

Referencias

ACI Committee 439 (2019) Guide for the Use of ASTM A1035/A1035M Type CS Grade 100 (690) Steel Bars for Structural Concrete (ACI 439.6R-19). American Concrete Institute, Farmington Hills, MI.

ACI Committee 318 (2011) Building code requirements for structural concrete (ACI 318-11). American Concrete Institute, Farmington Hills, MI.



Aguilar-Vidal, Victor. 2020. «Reliability of Shear-Critical Reinforced Concrete Members».

ASTM A615 (2020) Deformed and Plain Carbon-Steel Bars for Concrete Reinforcement

ASTM A706 (2020) Deformed and Plain Low-Alloy Steel Bars for Concrete Reinforcement

ATC 115, (2014), "Roadmap for the Use of High-Strength Reinforcement in Reinforced Concrete Design", Applied Technology Council, Redwood City, CA.

Barcley, Leo, y Mervyn Kowalsky. 2020. «Seismic Performance of Circular Concrete Columns Reinforced with High-Strength Steel». Journal of Structural Engineering 146 (2): 04019198. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002452.

CRSI (2020) Guide to the Use of Grade 80 Reinforcing Bars in ACI 318-19. ETN-D-7-20 Technical Note.

Ghannoum W. (2017) Advances in High Strength Reinforcing Bar Research in the U.S. University of Texas at San Antonio

Giamundo, V., Lignola, G. P., Prota, A., & Manfredi, G. (2014). Analytical evaluation of FRP wrapping effectiveness in restraining reinforcement bar buckling. Journal of StructuralEngineering, 140(7), 04014043.

Huq et al. (2018) High-Strength Steel Bars in Earthquake-Resistant T-Shaped Concrete Walls. Research Report, The University of Kansas Center for Research, Inc.

ITG, ACI. 2010. «8R-10». Report on Performance-Based Requirements for Concrete, 50.

Mander, Thomas J., y Adolfo B. Matamoros. 2019. «Constitutive Modeling and Overstrength Factors for Reinforcing Steel». ACI Structural Journal 116 (3). https://doi.org/10.14359/51713320.

Moehle, Jack P. 2019. «Key Changes in the 2019 Edition of the ACI Building Code (ACI 318-19)». Concrete International, 7.

NCh 204 (2020) Barras Laminadas en Caliente para Hormigón Armado

NCh 3334 (2014) Barras Laminadas en Caliente Soldables para Hormigón Armado

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Lepage & Lequesne (?) High-Strength Steel in Structural Concrete: From Research to Building Codes

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Trejo, David, André R. Barbosa, y Tim Link. 2014. «Seismic performance of circular reinforced concrete bridge columns constructed with grade 80 reinforcement.» Pacific Northwest Transportation Consortium.

2020

Victor Aguilar Vidal, Ph.D.Profesor AsistenteFacultad de Ingeniería y TecnologíaUniversidad San Sebastián

E-mail: [email protected] Las Tres PascualasLientur 1457, Concepción, Chilewww.uss.cl

mailto:[email protected]

http://www.uss.cl/

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