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~,\I UNIVERSIDADDE CHILE.

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FACULTAD DE CIENCIAS FISICASy MATEMATICAS~.. DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

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RESUMEN DE INVESTIGACiÓN SOBRE EDIFICIOS DEHORMIGON ARMADO EN CHILE

MEMORIA PARA OPTAR Al TíTULO DE INGENIEROCIVil

JOSE IGNACIO LOIS RIVAS

L

PROFESOR GUíA:ALFONSO LARRAIN VIAL.

, MIEMBROS DE COMISiÓN:MARíA OFELIA MORONI y ADUN.

AUGUSTO HOLMBERG FUENZALIDA.

SANTIAGO DE CHILENOVIEMBRE 2006

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INDICE

Contenido Página

Índice ………………………………………………………………………… 1 Capítulo 1: Introducción…………………………………………………... 3 1.1. Introducción y Objetivos………………………………………. 3

1.2. Organización del Trabajo……………………………………... 4 Capítulo 2: Recopilación y Organización del Material de Trabajo……. 6

2.1. Introducción…………………………………………………….. 6 2.2. Criterios de Selección de Temas de Memoria……………… 6 2.3. Clasificación de Temas de Memoria………………………… 6

Capítulo 3: Desarrollo de Trabajos Experimentales…………………… 13

3.1. Ensayos de Muros…………………………………………….. 13 3.2. Modelos a Escala……………………………………………… 19 3.3. Materiales………………………………………………………. 22

Capítulo 4: Desarrollo de Trabajos Analíticos………………………….. 24

4.1. Estructuración………………………………………………….. 24 4.2. Efectos de Acciones Verticales……………………………… 36 4.3. Detallamiento……………………...…………………………... 38

4.4. Fundaciones……………………...…………………….……… 41

4.5. Torsión……………………...………………………….………. 43

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Contenido Página

4.6. Tipos de Análisis………………...…………………………… 45

Capítulo 5: Desarrollo de Trabajos Relacionados con Diseño……… 48

5.1. Sistemas Especiales para Disipación de Energía………… 48 5.2. Sistemas Computacionales y Manuales de Diseño….…... 53 5.3. Filosofías Complementarias de Diseño……………………. 55

5.4. Disposición de Armaduras…………………………………… 61

5.5. Disposiciones de Códigos Tradicionales…………….…….. 66

Capítulo 6: Conclusiones y Recomendaciones………………………… 69 Bibliografía…………………………………………………………………. 74

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

Capítulo 1 Introducción

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INTRODUCCION 1.1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS.

Este tema trata sobre una evaluación general del comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado diseñados en el país, por medio de una interpretación y recopilación de trabajos realizados, con anterioridad a éste. Estos trabajos se resumen y ordenan de manera de exponer en forma clara y precisa los contenidos de cada uno de ellos.

Este trabajo nace de la inquietud de algunos ingenieros, en cuanto a conocer la realidad de la capacidad de los edificios en Chile construidos después del “Terremoto de Chile Central de 1985”, ya que las diferencias constructivas y de diseño han variado bastante desde esa fecha en adelante.

Actualmente existen dudas ya que se utilizan muchos criterios de diseño, y a pesar de existir una gran cantidad de estudios al respecto, aún no se dilucida las ventajas y desventajas de cada uno de ellos.

Al juntar una gran cantidad de material de investigación existente, se puede tener una mayor claridad respecto a lo evaluado en el pasado, y se puede revisar de manera rápida los distintos aspectos que enmarcarán el trabajo a futuro.

Los principales objetivos de este trabajo son:

• Lograr establecer un punto de partida para nuevos estudios, obteniendo con este trabajo una base sólida de trabajo.

• Generar discusión y obtener puntos de avenimiento, comparando distintos criterios

de diseño, y establecer ventajas y desventajas de cada uno.

Específicamente se pretende obtener: • Ordenar y sintetizar de forma adecuada el material recolectado sobre el

comportamiento de edificios de hormigón armado realizados en Chile.

La metodología que se desarrolla en este trabajo, corresponde a la lectura de cada uno de los títulos seleccionados. Luego se realiza un resumen de cada uno de los temas, para su posterior exposición de manera sintetizada en esta memoria. Finalmente se encuentran conclusiones respecto a temas en común que se muestran en el desarrollo de este trabajo.


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1.2. ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO.

La organización del trabajo se realiza de la siguiente forma:

• CAPITULO 1: INTRODUCCION En este capítulo se realiza una breve introducción sobre el tema de trabajo, explicando principalmente a qué se debe su realización, y su aporte a la comunidad de ingenieros civiles. Se resaltan los ítems y objetivos presentes en el desarrollo de este informe de título. Además se explica la metodología que se utiliza para la elaboración del tema.

• CAPITULO 2: RECOPILACION Y ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL DE TRABAJO

En este capítulo se explican los criterios que se toman en cuenta, para la recolección de material a revisar, que consta de una variada lista de trabajos de títulos anteriores. Además se determina la forma de clasificación de los trabajos según el tema que se trate en cada uno de ellos.

• CAPITULO 3: DESARROLLO DE TRABAJOS EXPERIMENTALES. En este capítulo se desarrollan los temas relacionados con trabajos experimentales. Para tal efecto se expone un resumen de cada tema, de manera de poder generar una idea clara sobre el contenido de cada uno de los trabajos, y por último se muestran las conclusiones de cada uno de los temas para observar qué tipo de resultado se obtuvo en cada caso.

• CAPITULO 4: DESARROLLO DE TRABAJOS ANALITICOS. En este capítulo se desarrollan los temas relacionados con trabajos analíticos. Se considera análisis lineal y análisis no lineal. Para tal efecto se expone un resumen de cada tema, de manera de poder generar una idea clara sobre el contenido de cada uno de los trabajos, y por último se muestran las conclusiones de cada uno de los temas para observar qué tipo de resultado se obtuvo en cada caso.


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• CAPITULO 5: DESARROLLO DE TRABAJOS RELACIONADOS CON DISEÑO. En este capítulo se desarrollan los temas relacionados con trabajos de diseño. Para tal efecto se expone un resumen de cada tema, de manera de poder generar una idea clara sobre el contenido de cada uno de los trabajos, y por último se muestran las conclusiones de cada uno de los temas para observar qué tipo de resultado se obtuvo en cada caso. • CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Las conclusiones se realizan por medio de la comparación de las conclusiones de temas insertos en un ítem específico. Por medio de esta comparación se puede observar, en caso de tener conclusiones contrapuestas:

El método que se utiliza en cada caso. Ventajas y desventajas de cada tema. Validación o no validación de un tema.

Las recomendaciones nacen de acuerdo al consenso que se llegue en cada uno de los distintos casos expuestos.

CAPÍTULO 2

RECOPILACIÓN Y ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL DE TRABAJO

Capítulo 2 Recopilación y Organización del Material de Trabajo

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RECOPILACION Y ORGANIZACIÓN DEL MATERIAL DE TRABAJO 2.1. INTRODUCCIÓN.

Se revisa una lista de trabajos de título realizados entre los años 1990 y 2005 en la Universidad de Chile, Pontificia Universidad Católica de Chile, Universidad de Santiago y Universidad Técnica Federico Santa María y se clasifican dependiendo de los temas abordados en cada uno de ellos, y la metodología de estudio utilizada.. 2.2. CRITERIOS DE SELECCIÓN DE TEMAS DE MEMORIA.

Las memorias tratadas en este trabajo presentan una directa relación con elementos construidos en hormigón armado, presentes en edificios en Chile.

Los trabajos estudiados poseen la información necesaria, en cada uno de los

distintos ámbitos de estudio (entiéndase ámbitos de estudio en cuanto a la clasificación de los temas). Esta información debe ser capaz de aportar diferencias, complementos, resultados y conclusiones de manera de brindar al lector una visión global del problema y observar los distintos métodos que se utilizan, para así tener una herramienta más en caso de tomar alguna decisión dada.

Por otro lado los trabajos incluidos deben tener el grado de importancia con

relación al tema, de manera de saber qué trabajos se han realizado en Chile hasta el momento.

2.3. CLASIFICACIÓN DE TEMAS DE MEMORIA.

La clasificación de los temas se realiza de acuerdo a la siguiente estructuración:


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Junto a esta clasificación por temas se establece una matriz donde se aprecia la distribución de las distintas memorias según clasificación mostrada anteriormente. Por asunto de espacio, se asigna un número a cada título y luego este número se referencia a la matriz.

Número Título de Memoria

1 Análisis de un edificio de 60 pisos de hormigón armado con arrostramientos diagonales. (Ref 11).

2 Análisis de un método de diseño sísmico para muros basado en desplazamientos. (Ref 48).

3 Análisis estructural de un edificio alto con hormigón de alta resistencia. (Ref 52).

4 Análisis técnico y experimental de la falla de un edificio de hormigón armado. (Ref 45).

5 Análisis técnico y experimental de un modelo a escala (1:10) de un edificio de hormigón armado. (Ref 46).

6 Aplicación de diferentes criterios de diseño de marcos de hormigón armado pertenecientes a sistemas estructurales mixtos (muros y marcos). (Ref 40).

7 Aplicación de diferentes criterios para el diseño de muros, a edificios chilenos. (Ref 43).

8 Armadura mínima en muros de hormigón armado con hormigonado continuo. (Ref 22).

9 Armadura mínima en muros de hormigón armado construidos con hormigón de alta resistencia, sometidos a una carga cíclica. (Ref 15).

10 Armaduras Mínimas en Muros de Hormigón Armado con Acero A44-28H sometidos a carga cíclica. (Ref 38).

11 Comparación del diseño de armaduras en muros de hormigón armado con singularidades geométricas mediante método puntal tensor y elementos finitos. (Ref 53).

12 Comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros y pórticos de hormigón armado. (Ref 24).

13 Criterios tradicionales utilizados en Chile en el diseño de muros de hormigón armado. (Ref 19).

14 Cuantías mínimas en muros de hormigón armado con junta de hormigonado. (Ref 57).

15 Diseño comparativo de un edificio de 6 pisos con y sin aisladores sísmicos, según norma Nch 2745 of 2003. (Ref 2).

16 Diseño de la fundaciones en un edificio de 60 pisos de hormigón armado. (Ref 51).

17 Diseño de un edificio alto con dinteles de acoplamiento en base a disipadores de energía. (Ref 36).


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18 Diseño por comportamiento de edificios de hormigón armado. (Ref 50).

19 Diseño Sísmico Basado en el Comportamiento de Elementos de Hormigón Armado. (Ref 34).

20 Edificios altos de marcos con unión híbrida. (Ref 20).

21 Efecto de considerar las dos componentes del sismo en la respuesta de sistemas con acoplamiento torsional. (Ref 26).

22 Efecto de la incorporación de la componente vertical del sismo en el comportamiento elástico de edificios tridimensionales. (Ref 44).

23 Efectos de una reducción de la armadura por flexión en el comportamiento sísmico de dinteles. (Ref 47).

24 El Control de Calidad del Hormigón preparado para las Obras Chilenas. (Ref 18).

25 Ensayo de un modelo a escala 1:10 de un edificio de hormigón armado. (Ref 56).

26 Estudio de fisuración en losas de hormigón armado. (Ref 12).

27 Estudio de la necesidad de confinar armaduras en muros sísmicos. (Ref 42).

28 Estudio de la precisión de métodos estático – incrementales para predecir el comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado. (Ref 27).

29 Estudios de la respuesta de un edificio alto ante un terremoto intraplaca de magnitud Ms=8.0 en la ciudad de Santiago. (Ref 32).

30 Estudio de los efectos de la torsión en planta en un edificio alto no simétrico. (Ref 28).

31 Estudio del efecto de la deformación plástica en edificios altos de hormigón armado. (Ref 33).

32 Estudio del traspaso de esfuerzos en algunos nudos complejos de estructuras de hormigón armado. (Ref 30).

33 Evaluación del comportamiento sísmico de edificios con cambios bruscos de rigidez en la vertical. (Ref 14).

34 Evaluación del comportamiento sísmico de un edificio de muros de hormigón armado. (Ref 39).

35 Evaluación del desempeño de un edificio de hormigón armado de veinte pisos diseñado por desplazamientos. (Ref 35).

36 Evaluación del desempeño de un edificio de hormigón armado diseñado con la Nch 433 of 96. (Ref 9).

37 Evaluación del efecto de la resistencia a acciones laterales en la respuesta sísmica de edificios de hormigón armado. (Ref 13).

38 Evaluación del uso de armadura distribuida en elementos estructurales de hormigón armado. (Ref 3).

39 Evaluación y comparación del comportamiento sísmico de edificios estructurados con marcos y muros de hormigón armado. (Ref 17).


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40 Herramientas de diseño para hormigón armado basado en el código ACI 318-02. (Ref 54).

41 Implementación de aislamiento sísmico en edificios habitacionales estructurados en base a muros. (Ref 7).

42 Influencia de la densidad de muros y reducción de rigidez en pisos inferiores en el comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros y pórticos de hormigón armado. (Ref 23).

43 Influencia de la fundación en los esfuerzos que se desarrollan durante un sismo en un edificio de hormigón armado y en el suelo. (Ref 49).

44 Influencia de la razón de aspecto de los muros y reducción de rigidez en pisos inferiores en el comportamiento sísmico inelástico de edificios de hormigón armado. (Ref 41).

45 Influencia de la rigidez de las fundaciones en un edificio sin subterráneos. (Ref 37).

46 Manual para el cálculo de elementos estructurales confeccionados con hormigón de alta resistencia. (Ref 29).

47 Muros mecedores como una alternativa de diseño Sísmico. (Ref 55).

48 Predicción del comportamiento sísmico inelástico de edificios de hormigón armado por medio de métodos estático incrementales. (Ref 25).

49 Proyecto de refuerzo para un edificio de marcos de hormigón armado. (Ref 10).

50 Recomendaciones para el control del agrietamiento por retracción en muros y losas de hormigón armado. (Ref 6).

51 Recomendaciones para la disposición de armadura en elementos típicos de hormigón armado. (Ref 21).

52 Requerimientos de ductilidad en edificios de marcos. (Ref 16).

53 Sistema Automatizado para el cálculo y Disposición de Armaduras. (Ref 8).

54 Trabajabilidad de hormigones: método práctico de terreno utilizando mesa DIN 1048. (Ref 4).

55 Un criterio basado en desplazamientos para determinar armaduras de confinamiento en elementos de marcos. (Ref 31).

56 Un nuevo formato para la norma Nch 433 basado en el diseño por desempeño. (Ref 5).

57 Validez del modelo de diafragma rígido en edificios con losas prefabricadas. (Ref 1).


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A continuación se muestra la matriz de distribución de temas.

NúmeroEnsayo deMuros

Modelos aEscala Materiales Estructuración

Efectos Acciones Verticales Detallamiento Fundaciones Torsión Tipos de Análisis

Sist. Especiales Disip. Energía

Sist. Comp. YManuales Diseño.

Filosofía Comp.Diseño

Disp. Armaduras

Disp. Códigos Trad.

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Trabajos experimentales Trabajos analíticos Trabajos de diseño


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NúmeroEnsayo deMuros

Modelos aEscala Materiales Estructuración

Efectos Acciones Verticales Detallamiento Fundaciones Torsión Tipos de Análisis

Sist. Especiales Disip. Energía

Sist. Comp. YManuales Diseño.

Filosofía Comp.Diseño

Disp. Armaduras

Disp. Códigos Trad.

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CAPÍTULO 3

DESARROLLO DE TRABAJOS EXPERIMENTALES

Capítulo 3 Desarrollo de Trabajos Experimentales

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DESARROLLO DE TRABAJOS EXPERIMENTALES 3.1. ENSAYOS DE MUROS Y LOSAS. • Armaduras Mínimas en Muros de Hormigón Armado con Acero A44-28H

sometidos a carga cíclica. (Ref. 38).

Objetivo: Estudiar la influencia del tipo de acero comúnmente usados en el país en el comportamiento de muros de hormigón armado con cuantías verticales a flexión inferiores a la cuantía mínima establecida por el código ACI 318-95. Se ensayan 5 probetas de hormigón armado de dimensiones de 1,4 x 2,0 x 0,12 m con cuantías que varían entre 0,15% y 0,42%. Materiales: Hormigón: H-30. Acero: A44-28H.

Resultados: Se obtiene momentos de fisuración teóricos mucho mayores que momentos de fisuración reales.

La fisuración se localiza generalmente en extremo inferior del muro por sobre la viga de fundación, observándose una distribución horizontal.

Conclusiones: La diferencia entre los momentos de fisuración teóricos y reales se debe principalmente a la concentración de tensiones producida por la interfaz muro - viga de fundación.

Fórmula del ACI 318-95 no es aplicable en estos casos debido a las diferencias en los momentos de fisuración, ya que la fórmula ocupa el momento de fisuración teórico, lo que induce a un sobredimensionamiento

Se recomienda usar cuantías sobre el 0,30% para así evitar concentración de grietas en la base del muro.

• Armadura mínima en muros de hormigón armado con hormigonado continuo. (Ref. 22).

Objetivo: Determinar el comportamiento de muros de hormigón armado con armaduras inferiores a la mínima recomendada por ACI 318-95.


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Se ensayan 6 muros de 1,4 x 2,0 x 0,12 m con armaduras inferiores a la mínima entre 0,15% y 0,30%. La interfaz entre muro y viga de fundación se realiza con hormigonado continuo. Los materiales utilizados son hormigón H-30 y acero A63-42H. El proceso de carga es monotónica creciente en parte superior del muro y se carga hasta obtener estado de rotura. Resultados: Momento de fisuración real menor que teórico. Momentos últimos reales y teóricos presentan valores similares. La fisuración se localiza generalmente en extremo inferior del muro por sobre la viga de fundación, observándose una distribución horizontal.

No se observa disminución de rigidez y resistencia en los muros. Conclusiones: Cuantía sobre 0,25% genera uniformidad en cuanto a la distribución de grietas en altura.

Fórmula ACI 318-95 no es aplicable en muros en este caso debido a la diferencia en los momentos de fisuración (reales y teóricos).

No hubo problemas en cuanto a fallas frágiles debido a cuantías menores al mínimo.

Estudios anteriores (S. Wood) sugieren cuantías mínimas de 1% lo que se considera excesivo.

Se recomienda armadura mínima superior al 0,30% debido a distribución de grietas.

• Armadura mínima en muros de hormigón armado construidos con hormigón

de alta resistencia, sometidos a una carga cíclica. (Ref. 15).

Objetivo: Proponer recomendaciones de diseño para cuantías mínimas de armadura a flexión en muros de hormigón armado. Se ensayan 8 muros de hormigón armado de alta resistencia (50 Mpa) con acero A63-42H de 1,4x 2,0 x 0,12m con una viga de fundación de 0,4m de ancho. Se varían las cuantías de los muros entre 0,2 y 0,3%. Las juntas de hormigonado se realizaron con tratamiento epóxico (2) y juntas normales de construcción (6). Resultados: Los momentos de fisuración reales son menores a los teóricos, debido principalmente por la presencia de la junta de hormigonado entre viga de fundación y muro.


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Los momentos de rotura reales tienen valores cercanos a los estimados teóricamente.


Dentro de los factores que afectan los resultados se encuentran: Concentración de tensiones: condición en la que se producen altos esfuerzos en forma localizada como resultado geométrico de la estructura.

Juntas de hormigonado. La presencia de las juntas de hormigonado aumentan el momento de fisuración aproximadamente en un 40 % por sobre un muro que no presente juntas, principalmente porque la rigidez del muro disminuye en el caso de las juntas.

Los muros con armadura concentrada son más rígidos que con armadura distribuida ya que disipan menos energía.

Conclusiones: Debido a la concentración de tensiones y juntas de hormigonado existentes en el ensayo, los momentos de fisuración reales son menores a los teóricos.

La ecuación de armadura mínima del ACI 318-95 no es aplicable en este caso, ya que se basa en el momento de fisuración teórico, lo que entrega una cuantía excesiva de acero.

Estudios anteriores proponían que muros con cuantías menores al 1% podían presentar falla frágil. A partir de este estudio se demuestra que muros con cuantías verticales mayores al 0,2 % continúan mostrando falla dúctil.

Los muros con cuantías sobre el 0,3 % presentaron una buena distribución de grietas y fisuras (se entiende por buena distribución de grietas, que éstas se dispongan de manera horizontal en todo el alto del muro), ya que con mayor cuantía el muro es capaz de disipar mayor energía y disminuye el efecto de cuerpo rígido.

Finalmente se recomienda armadura mínima vertical no menor al 0,3 %. • Cuantías mínimas en muros de hormigón armado con junta de hormigonado.

(Ref. 57).

Objetivo: Determinar comportamiento de muros de hormigón armado con armadura inferior a la mínima recomendado por ACI 318-99. Se ensayan 6 muros de 1,4 x 2 x 0,12 m con armaduras entre 0,15 y 0,3 % Materiales: Hormigón: H-30. Acero: A63-42H.

La carga es del tipo monotónica creciente hasta rotura. Resultados: Se obtiene momentos de fisuración teóricos mucho mayores que momentos de fisuración reales.


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Conclusiones: La diferencia entre los momentos de fisuración teóricos y reales se debe principalmente a la concentración de tensiones producida por la interfaz muro - viga de fundación.

Se recomienda usar cuantías sobre el 0,30% para así evitar concentración de grietas en la base del muro.

• Estudio de fisuración en losas de hormigón armado. (Ref. 12).

Objetivo: Comprender causas que originan la formación de grietas de manera de obtener algún grado de control sobre éstas. En edificios se aprecia claramente que las fisuras aparecen en muros de gran longitud y losas. En particular para el caso de las losas esto se debe a las grandes dimensiones y restricciones en los apoyos. Se realiza un seguimiento en terreno a 4 obras con un total de 260 losas en estudio. Dentro de los factores físicos que inducen al proceso de fisuración se reconocen como los más influyentes: Retracción Plástica: Se debe al cambio de volumen que experimenta la superficie del hormigón durante las primeras 12 horas de colocado. El cambio de volumen se explica por la pérdida de humedad superficial. La tasa de evaporación superficial excede velocidad de exudación, que es la tasa por la cual el agua emerge desde el interior del hormigón.

Retracción Hidráulica: El proceso consiste en constantes estados de hormigón seco y húmedo lo que conlleva a procesos de retracción y expansión del hormigón. Por lo general este tipo de fisuras atraviesan el espesor de la losa y se encuentran perpendiculares al lado largo de la losa.

Conclusiones: A continuación se muestra el grado de importancia de las variables estudiadas en el proceso de fisuración de las losas en un rango de 1 a 3 siendo 1 el grado de mayor importancia y 3 el de menor.


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Tipo de Hormigón (bombeado o Normal) 1 Cuantía de Armadura 1

Tipo de Curado 1 Temperatura 2

Humedad (meses octubre a enero) 2 Viento 2

Espesor Losa 3 • Recomendaciones para el control del agrietamiento por retracción en muros

y losas de hormigón armado. (Ref. 6).

Objetivo: Entregar recomendaciones con relación a disminuir agrietamiento por retracción tanto en magnitud como en frecuencia.

Obtención de información: Control y análisis de muro experimental de 40 [m] de longitud y 3,5 [m] de alto. Entrevistas y visitas a terreno. Literatura nacional e internacional.

Para generar recomendaciones se identifican procesos que llevan a fisuración a un elemento de hormigón armado, tales como: Pérdida de humedad del hormigón. Variación de temperatura.

Procesos que evitan fisuración: Disposición de juntas o recesos de hormigonado que permiten acortamiento libre del hormigón.

Usar cuantías de acero superiores a la mínima cuando se requiera un control estricto de agrietamiento.

Resultados: Fisuras más comunes en losas que en muros Se identifican 2 tipos de retracción:

Retracción Plástica: Se produce en grandes superficies por evaporación. Retracción Hidráulica: Se produce en elementos fuertemente restringidos en su perímetro.

En muro experimental se determina cuantía crítica para la cual la retracción hidráulica no induce fisuración de importancia (0,63 %).


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Conclusiones: El disponer de juntas y recesos de hormigonado es de gran utilidad para evitar agrietamiento por retracción hidráulica.

Se recomienda el uso de juntas cada 15 a 20 [m] en muros y 30 a 50 [m] en losas.


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3.2. MODELOS A ESCALA. • Análisis técnico y experimental de la falla de un edificio de hormigón

armado. (Ref. 45).

Objetivo: Realizar ensayos de modelos a escala 1:10 de un edificio de hormigón armado, que presentó falla frágil durante el “Terremoto Chile Central “, ocurrido en marzo de 1985, de manera de poder visualizar efectos que llevaron al colapso. Resultados: Se observa la existencia de falla frágil, en modelos con baja cantidad de armadura en flexión.

Se aprecia una rápida pérdida de resistencia para deformaciones horizontales. En ensayos de muros con similar geometría, independiente de la cantidad de armadura utilizada, la falla se origina en la base y se manifiesta en forma de grieta.

El modelo es capaz de sostener desplazamientos de techo del orden del 1,5% de la altura, con un extenso agrietamiento y corte de armaduras longitudinales, pero sin falla catastrófica.

Conclusiones: El modelo es capaz de sostener grandes deformaciones laterales y agrietamiento mayores a los del edifico real, por lo que se afirma que las condiciones entre modelo y estructura real presentan diferencias.

Dentro de las diferencias se menciona que el modelo es cargado de forma monotónica, y no dinámica.

No se pudo deducir claramente el origen de la falla del edificio real, ya que no se logra reproducir el fenómeno ocurrido en el edificio real.

La baja cuantía de armadura a flexión se traduce en un modo de falla indeseable, al cortarse la armadura traccionada frente a desplazamientos laterales posibles de ocurrir en un terremoto severo.

• Análisis técnico y experimental de un modelo a escala (1:10) de un edificio

de hormigón armado. (Ref. 46).

Objetivo: Ensayar un modelo 1:10 de un edificio de hormigón armado, observando como prevenir la falla frágil en flexión que ocurre al cortarse la armadura longitudinal. Se realiza un modelo a escala del edificio “El Faro” ubicado en Reñaca, Viña del Mar, que como principal característica presenta muros aislados.


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El proceso de ensayo consiste en probar 6 probetas del muro a escala 1:10 que resulta más dañado del edificio real por el sismo “Terremoto Chile Central” ocurrido en el año 1985, para luego ensayar el modelo completo del edificio en estudio. Resultados: Se observa la existencia de falla frágil, en modelos con baja cantidad de armadura en flexión, para desplazamientos laterales del orden del 1,8% de la altura.

Se aprecia una rápida pérdida de resistencia para deformaciones horizontales para deformaciones del orden del 0,6% de la altura.

En ensayos de muros con similar geometría, independiente de la cantidad de armadura utilizada, la falla se origina en la base y se manifiesta en forma de grieta.

El modelo es capaz de sostener desplazamientos de techo del orden del 1,5% de la altura, con un extenso agrietamiento y corte de armaduras longitudinales, pero sin falla catastrófica.

Conclusiones: El modelo es capaz de sostener grandes deformaciones laterales y agrietamiento mayores a los del edifico real, por lo que se afirma que las condiciones entre modelo y estructura real presentan diferencias.

Dentro de las diferencias se menciona que el modelo es cargado de forma monotónica, y no dinámica.

No se pudo deducir claramente el origen de la falla del edificio real, ya que no se logra reproducir el fenómeno ocurrido en el edificio real.

• Ensayo de un modelo a escala 1:10 de un edificio de hormigón armado. (Ref.

56).

Objetivo: Describir y analizar los resultados del ensayo de un modelo a escala reducido 1:10 del sistema sismorresistente del edificio “Villa Real”, ubicado en la ciudad de Viña de Mar, en dirección norte – sur. Se compara relación entre deformación lateral y ductilidad de curvatura en la base con el daño observado. Antecedentes del edificio real: posee diez pisos y un subterráneo, formado con un sistema de muros conectados con vigas y losas de hormigón armado en todos sus pisos, con fundación tipo losa de fundación de 70 [cm] de espesor. Se conoce historia, detalle de diseño y reparación post sismo “Terremoto Chile Central” año 1985”, presentando daños ligeros.


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Conclusiones: Los ensayos experimentales pueden ser incorrectamente definidos por métodos numéricos (respuesta carga – deformación).

La rigidez, resistencia y capacidad de disipar energía, excede requerimientos de Nch 433 of 72 en un 26%.

Los muros presentan comportamiento dúctil a flexión. El modelo logra predecir el mecanismo de colapso real de la estructura, niveles de desplazamiento, corte de fluencia y falla de elementos dentro de éste.


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3.3. MATERIALES. • El Control de Calidad del Hormigón preparado para las Obras Chilenas. (Ref.

18).

Objetivo: Reestudiar la actual situación, referente a la evaluación estadística de la calidad del hormigón empleada en obras civiles. Se analizaron trabajos ejecutados en IDIEM ejecutadas entre 1990 y 1996. Se relacionaron lotes de hormigones premezclados de 2 empresas nacionales y se analiza el cumplimiento de la norma Nch 1998 of 89 y la norma ACI 318-95.

Se estudian 3 métodos de análisis alternativos al propuesto: Evaluación por Parcialidades: Nch 1998 of 89. Resultado aceptable pero presenta deficiencias conceptuales.

Evaluación por total de muestras: Nch 1998 of 89. Se considera inapropiada para este tipo de experiencia.

Método ACI 318-95: Muestra un funcionamiento satisfactorio y se recomienda una alternativa al propuesto.

Características del hormigón estudiado: es del tipo premezclado relacionado a 2 de las principales plantas del país (se desconoce los nombres de las plantas). Se realiza una estimación de la resistencia a los 28 días del hormigón (R28) a partir de la obtención del valor de la resistencia a una edad menor. Se estudia la relación existente entre R3 – R28 y R7 – R28 obteniéndose resultados satisfactorios en ambos casos. Para tal efecto se obtienen rectas que predicen el comportamiento a los 28 días por medio de regresiones lineales. Al comparar con estudios anteriores se muestra cierto rango de concordancia con alguno de ellos.

• Trabajabilidad de hormigones: método práctico de terreno utilizando mesa

DIN 1048. (Ref. 4).

Objetivo: Utilizar método práctico y eficaz de estudio para medir trabajabilidad del hormigón fresco, tanto en laboratorio como en terreno. Variables Consideradas: Cantidad agua amasado.


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Tamaño máximo árido grueso. Dosis de cemento. Granulometría de áridos. Aditivo superplastificante. Adición microsílice.

Conclusiones: Resultados indican ensayo sensible a cambios de dosificación. La trabajabilidad va a depender de aspectos tales como:

Tipo de construcción. Tipo de equipos de transporte y consolidación.

Es un ensayo dinámico. Se hace más representativo las operaciones de vaciado y colocación en obra. Entrega más detalle de trabajabilidad que Cono de Abrams.

Se podrán clasificar hormigones con distintas cualidades: Mejores hormigones para ciertas técnicas de vaciado o colocación sin que ocurra segregación.

Mejores respuestas a diversas técnicas de compactación y bombeo. Se puede medir en terreno durante tiempo de espera la trabajabilidad

CAPÍTULO 4

DESARROLLO DE TRABAJOS ANALÍTICOS

Capítulo 4 Desarrollo de Trabajos Analíticos

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DESARROLLO DE TRABAJOS ANALITICOS 4.1. ESTRUCTURACION. • Análisis de un edificio de 60 pisos de hormigón armado con arrostramientos

diagonales. (Ref. 11).

Objetivo: Analizar un edificio de 60 pisos compuesto por muros de hormigón armado en el núcleo, un perímetro de marcos rígidos de hormigón armado y con diagonales en diferentes niveles de su fachada, las que se estudian tanto en acero como en hormigón. Datos del Edificio: Altura entrepiso: 3,24 m Altura Sobre Nivel: 194,4 m (60pisos) Altura Subterráneos: 19,4 m (6 pisos)

Se analizan distintas solicitaciones: Viento: NCh 432 Of 71 Viento: ASCE7 – 95 Sismo: NCh 433 Of 96

Se considera en caso de sismo corte basal mínimo en primer piso. Las diagonales de la estructura permiten mejorar el comportamiento, logrando deformaciones y esfuerzos controlados, pero las aceleraciones son mayores, por lo que se recomienda el uso de amortiguadores para disipar energía. Resultados: El sismo provoca mayores solicitaciones, por lo que la norma de viento ASCE7 -95 no provoca cambios de diseño.

La situación de mayores solicitaciones se revierte a favor del viento, si no se considera amplificación sísmica exigida para cumplir requerimiento de corte basal mínimo o si se considera el corte basal a nivel de las fundaciones.

Al realizar un perfil Bio-Sísmico se obtienen valores dentro del rango establecido por la NCh 433 Of 96, por lo que se entiende que el edificio no presenta problemas de rigidez ni de estructuración. Los desplazamientos máximos de entrepiso son normales.

Las diagonales se diseñan finalmente en acero rellenas con hormigón al interior para mejorar la respuesta al fuego, ya que se hace más práctico en el sentido de montaje y construcción.


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Al aplicarle al edificio el registro sísmico de Llolleo en ambos sentidos, se comprueba que el edificio presenta deficiencias pues existen incursiones en el rango no lineal.

Las deformaciones de piso tanto por viento como por sismo presentan valores similares y se encuentran dentro de los valores aceptables.

Al momento de evaluar los cortes por piso, los valores sísmicos son mucho mayores.

Al comparar la respuesta debida al espectro de la NCh 433 Of 96 y registro LLolleo, se observa que aunque los desplazamientos del segundo caso en sentido X, son un 45 % mayor se mantienen dentro de lo establecido por la norma. En cambio en el sentido Y (lado débil) las deformaciones aumentan en un 350 % lo que claramente sobrepasa lo máximo requerido.

Al verificar el comportamiento con el método Estático no Lineal (Capacidad Demanda) se reflejan ductilidades globales de 1,3 lo que representa un daño muy leve.

• Análisis estructural de un edificio alto con hormigón de alta resistencia. (Ref.

52).

Objetivo: Determinar la factibilidad técnica y económica de proyectar un edificio alto con hormigón de alta resistencia, dada la experiencia chilena en la fabricación de estos hormigones. El estudio se realiza sobre un edifico de 30 pisos y 2 subterráneos, plantas regulares, caracterizado por marcos rígidos y muros concentrados en núcleo central. Materiales:

Hormigón H-40 para diseño preliminar con hormigón normal. Hormigón H-80 para diseño de alta resistencia variando espesores de muros.

Para ambos diseños se cumplen los desplazamientos mínimos y máximos de NCh 433 of 96. Diferencias en ahorro de materiales y costo entre opciones (base hormigón alta resistencia): Materiales:

Acero armaduras: - 22,26 % Hormigón: - 16,01 % Superficie Disponible: + 0,89 %

Costos: Acero armaduras: - 22,26 % Hormigón: +58,39 %


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Costos Totales: + 12,81 % Conclusión: Pese a que el costo total del edificio es mayor, la estructura con hormigón de alta resistencia tiene una disminución en su peso de un 11 % respecto al edificio con hormigón de resistencia considerada normal, lo que frente a la construcción en altura es de gran utilidad. Además el edificio con hormigón de alta resistencia presenta una mayor superficie disponible ya que los muros son de menor espesor.

• Comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros

y pórticos de hormigón armado. (Ref. 24).

Objetivo: Estudiar el efecto de la reducción de planta en altura, fenómeno conocido como “set back”, y de la rigidez relativa entre pórtico y muro en el comportamiento de edificios estructurados con muros y pórticos. Se seleccionan cuatro edificios básicos y se les reduce la planta en un 50% y 75%, luego a cada uno se le reduce la planta en altura en un 25% y 50%, resultando veinticuatro estructuras distintas. Para el estudio de la rigidez relativa, entre pórticos y muros, se seleccionan ocho de las veinticuatro combinaciones de estructuras utilizadas para el estudio del fenómeno de “set back”, a los cuales se les aumenta el espesor de los muros al doble o disminuye a la mitad, resultando finalmente cuarenta combinaciones en total. Los análisis sísmicos consideraron los siguientes registros: Dos chilenos, Llolleo N10E, Viña del Mar S20W. Tres extranjeros, Sylmar 00, Dulce 90, Taiwán 068. Uno artificial. Conclusiones: La distribución de desplazamientos inelásticos en alturas es creciente. El desplazamiento máximo de techo para todos los modelos se encuentra en el nivel superior.

Para registros sísmicos chilenos el desplazamiento de techo se asemeja al desplazamiento máximo elástico. Para los registros sísmicos extranjeros el desplazamiento se amplifica.

En general los drifts de entrepiso no presentan problemas en ningún de los cuarenta modelos estudiados.

Las aceleraciones máximas se ubican generalmente a nivel de techo.


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El momento y corte máximo se concentran preferentemente a nivel de “set back·”, superando en ocasiones los esfuerzos de primer piso, lo que indica que esa zona debe ser reforzada.

• Estudios de la respuesta de un edificio alto ante un terremoto intraplaca de

magnitud Ms=8.0 en la ciudad de Santiago. (Ref. 32).

Objetivo: Estudiar como sería la respuesta de edificios altos ante un terremoto intraplaca de máxima magnitud con epicentro en Santiago. Se estudia la respuesta de un edificio representativo, de última generación, 30 pisos o más., construidos con una planta conformada estructuralmente por un núcleo de muros de hormigón armado y marcos perimetrales en ambos sentidos hasta el perímetro. En este trabajo, son de interés los sismos subductivos ocurridos en Chile con epicentro continental (sismos intraplaca de profundidad intermedia). El sismo sintético que se presenta en este trabajo, corresponde a una simulación de lo ocurrido en Chillán en el año 1939 con Ms=8.0. El edificio de hormigón armado estudiado, ubicado en Santiago, consta de una estructuración mixta de marcos y un núcleo de muros resistentes al corte, de treinta pisos (aproximadamente 100 [m] de altura) y cinco subterráneos. El período fundamental de la estructura es de T*=3,18 [s]. Para determinar los desplazamientos demandados por el sismo para el último piso se utiliza método capacidad – demanda. Con esto se determina la razón de amortiguamiento efectivo para efectuar un análisis lineal que reproduzca en forma aproximada lo que ocurriría ante un análisis no lineal. Conclusiones: El edificio presenta respuesta excelente frente a la acción del sismo sintético, presentando fluencia en algunos elementos, pero las grandes aceleraciones de piso muestran que los elementos secundarios adheridos a la estructura tienen daño, tema que debe ser mejor considerado en la norma actual.

• Evaluación del comportamiento sísmico de edificios con cambios bruscos de rigidez en la vertical. (Ref. 14). Objetivo: Evaluar la potencialidad de la actual norma de análisis sísmico para detectar estructuras peligrosas, y restringir la aplicación de métodos existentes. Se eligen tres edificios de diez pisos con grandes variaciones de rigidez vertical. Edificio uno: piso uno al cinco estructurado en base a muros, piso seis al diez estructurado en base a marcos.


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Edificio dos y tres: piso uno al cinco estructurado en base a marcos, piso seis al diez estructurado en base a muros (piso blando).

El diseño de los edificios se realiza de manera de cumplir los requerimientos de la NCh 433 of 93, y se compara con NCh 433 of 72. Conclusiones: Para la NCh 433 of 72, las distribuciones de corte y momento en la vertical, son parecidas a las obtenidas en estructuras regulares, pero los desplazamientos laterales absolutos entre pisos consecutivos, se concentran entorno a variaciones bruscas de rigidez.

Las estructuras con variaciones bruscas de rigidez en la vertical, requieren de métodos de análisis diferentes a especificados en la norma, destacándose la posibilidad de análisis incremental, ya que permite determinar de mejor manera la capacidad de deformación y resistencia.

La norma no detecta la alta peligrosidad de daños para estructuras diseñadas luego de realizar análisis incremental a estructuras.

• Evaluación del comportamiento sísmico de un edificio de muros de

hormigón armado. (Ref. 39).

Objetivo: Comprobar si es posible mantener el daño controlado en una estructura manteniendo los desplazamientos laterales bajo ciertos límites ante un sismo de diseño.

Se evalúa el desempeño de un edificio ante registros de terremotos de distintas magnitudes: Viña del Mar S20 W. Llolleo N10 E. Kobe JMA. Sylmar N00 E. Michoacán (Ciudad de México).

Se elige un edificio de doce pisos estructurado con muros de hormigón armado en condiciones de suelo tipo III y zona sísmica 3. Espesor de losa: 13 [cm], altura de piso: 2,6 [m] y altura total: 31,6 [m]. A partir de este edificio base, se generan dos estructuras de distinta resistencia ante acciones laterales.

La estructura se diseña por medio de tres métodos: Método de desplazamientos. Según requerimientos de norma NCh 433 of 96. Método aproximado.


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Resultados: Se observa el índice drm (deformación de entre piso) según registro sísmico Viña del Mar S20 W, para cada método obteniéndose: 0,68% según requerimientos de NCh 433 of 96. 0,71% por método de desplazamientos. 0,77% por diseño con método aproximado.

Conclusiones: La demanda de deformación a nivel global es similar en ambas estructuras. La incursión en el rango no lineal es leve, pero es conveniente confinar los bordes de los muros, para entregar mayor ductilidad.

Por medio del diseño por resistencia (NCh 433 of 96), se aprecia una concentración de esfuerzos no lineales en la base. En el caso del diseño por desplazamientos (menor resistencia), el daño se propaga en altura en los muros.

Especificando el grado de daños a un nivel global, se puede concluir que los daños observados en cada método son de un orden similar, y de magnitud aceptada.

• Evaluación del efecto de la resistencia a acciones laterales en la respuesta

sísmica de edificios de hormigón armado. (Ref. 13).

Objetivo: Analizar el efecto de la resistencia frente a acciones laterales en la respuesta sísmica de la estructura. La estructura corresponde a un edifico de diez pisos en base a muros de hormigón armado. Se diseña para dos zonas sísmicas y dos tipos de suelos, obteniéndose finalmente tres estructuras con diferente resistencia a acciones laterales. Para el proceso de análisis se aplican pulsos de aceleración de duración definida, en desmedro del registro sísmico completo. Los registros sísmicos utilizados son: Registros nacionales: Llolleo N10 E, Viña del Mar S20 W. Registros extranjeros: Sylmar, N00 E y Kobe (JMA).

Conclusiones: Los desplazamientos laterales que se obtienen son similares en todos los casos estudiados.

La relación entre fuerzas provenientes de la deformación (externas e internas), son similares.

La duración de los movimientos fuertes no parece tener una importancia relevante, si el resto del registro no tiene pulsos largos de aceleración.

Si el registro posee varios pulsos largos, es importante dotar a la estructura de una resistencia adecuada.


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• Evaluación y comparación del comportamiento sísmico de edificios estructurados con marcos y muros de hormigón armado. (Ref. 17).

Objetivo: Comparar la respuesta sísmica de un edificio de hormigón armado de doce pisos estructurado con marcos, con otro similar pero estructurado con muros. Además se comparan demandas de ductilidad, disipación y absorción de energía. Al análisis se realiza por medio de NCh 433 of 96 y el diseño con ACI 318-95. Registros sísmicos utilizados: Registros nacionales: Llolleo N10 E, Viña del Mar S20 W. Registros extranjeros: Sylmar, N00 E, Kobe (JMA) y Michoacán (Ciudad de México).

El modelo se sitúa en zona sísmica 3 y suelo tipo II, y los materiales son: hormigón H-35 90C, acero A63-42H. Conclusiones: La estructura de marcos, presenta un buen comportamiento para registros de sismos chilenos. Presenta baja incursión no lineal en vigas y columnas, con respuesta casi lineal, sin daños aparentes, incluso en la base. Sí presenta problemas para registros de sismos extranjeros, donde la incursión no lineal es significativa.

Para el caso de estructuración de muros, no se observa ningún problema, incluso con registros extranjeros.

El análisis no lineal en muros deja en evidencia la necesidad de incorporar el método de diseño por capacidad, ya que la armadura al corte queda controlada por requerimiento de armadura mínima del ACI 318-99.

Finalmente se afirma que el daño en marcos es mayor que en muros. • Influencia de la densidad de muros y reducción de rigidez en pisos inferiores

en el comportamiento sísmico inelástico de edificios con estructuración de muros y pórticos de hormigón armado. (Ref. 23).

Objetivo: Estudiar la influencia de la variación de la densidad de muros y de la reducción de rigidez a nivel basal en el comportamiento sísmico inelástico de edificios que poseen una estructuración mixta de muros y pórticos de hormigón armado.

Se analizan diez modelos distintos de edificios en los que la densidad de muros varía entre 0,567% y 2,456%. Además se varía la rigidez de piso de modo que la


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rigidez en los dos primeros pisos sea menor a la rigidez de piso del resto del edificio. La razón de rigidez basal frente al resto de los pisos fluctúa entre un 0,255 y 0,818. Conclusiones: La distribución de desplazamientos, drifts de entrepiso y aceleraciones de piso están directamente relacionados con la densidad de muros, lo que significa que a mayor densidad de muros los desplazamientos disminuyen y las aceleraciones aumentan.

La distribución de desplazamientos inelásticos en altura son crecientes. El desplazamiento máximo de techo para todos los modelos se encuentra en el nivel superior.

• Influencia de la razón de aspecto de los muros y reducción de rigidez en

pisos inferiores en el comportamiento sísmico inelástico de edificios de hormigón armado. (Ref. 41).

Objetivo: Analizar el comportamiento inelástico de modelos de edificios estructurados con muros de hormigón armado.

Objetivos Específicos: Analizar el efecto de la variación de la razón de aspecto (espesor y largo), disminuyendo la longitud de muros en planta, manteniendo la densidad de muros constante.

Analizar la disminución de rigidez en muros de primeros pisos, disminuyendo espesor de muros en primer y segundo piso.

Se estudian diez modelos de edificios de muros sin viga de acoplamiento, usados anteriormente en otros trabajos. Adicionalmente se obtienen ocho nuevos modelos debido a la división de muros en planta y luego se adicionan otros doce modelos para observar el efecto de variación de rigidez en primeros pisos.

Para el análisis de los edificios se utiliza el programa LARZD 3, con el cual se obtiene: desplazamientos, drifts de entrepiso, drifts de techo, aceleraciones, cortes basales, momentos basales, daños por flexión y corte del análisis inelástico. Para el desarrollo del análisis sísmico se utilizan los siguientes registros. Tres extranjeros (Sylmar 00, Dulce 90, Taiwán 068). Dos chilenos (Terremoto Central 1985: Llolleo N10E, Viña del Mar S20W). Un artificial (NCh 433 of 96, zona sísmica 3, suelo tipo III).

Para el diseño de los modelos se usa el análisis de superposición modal espectral de la norma NCh 433 of 96.


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Resultados: Desplazamiento de techo: es creciente en altura y se observa que el desplazamiento se presenta en dos formas: línea recta y “S” ascendente. Además se aprecia mayor número de incursiones inelásticas para registros sísmicos extranjeros.

Drifts de entre piso: Los valores máximos se encuentran generalmente por sobre los dos tercios de altura del edificio.

Aceleración de piso: La aceleración máxima se encuentra en el último piso exceptuando casos realizados con registros extranjeros, donde los máximos se encontraban en primeros pisos.

Conclusiones: Los edificios que presentan menores longitudes de muros, pueden presentar daños severos, ya que estructuras con primeros pisos blandos, tienden a concentrar los daños en estos pisos. Se recomienda mayores densidades de muros, cumpliendo NCh 433 of 96, en cuanto a limitaciones de drifts de entrepiso (0,2 %).

• Proyecto de refuerzo para un edificio de marcos de hormigón armado. (Ref.

10).

Esta memoria se divide en dos partes: Objetivo parte uno: Se estudia la estructura existente, de manera de simular las deficiencias que presentan los elementos estructurales, principalmente en lo que respecta al corte de columnas que pueda llevar a un colapso frágil de la estructura, por lo que se verifican los requerimientos del capítulo 21 del código ACI 318-99.

Se realiza un análisis modal espectral de acuerdo a la norma NCh 433 of 96, determinándose la demanda de desplazamientos laterales y resistencia requerida. Además se efectúa un análisis no lineal de la estructura existente, mediante análisis incremental para evaluar la capacidad de deformación y de resistencia de la estructura. Objetivo parte dos: Se realiza el mismo análisis de la parte anterior proponiendo una alternativa de refuerzo consistente en la incorporación de muros perimetrales e interiores, con el fin de reducir la demanda de desplazamientos, cumpliendo requerimientos de NCh 433 of 96. Datos estructura existente: Edificio de cinco pisos estructurado con marcos (Hospital Dr. Juan Noé Crevani de la ciudad de Arica).


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Deficiencias estructurales: Posible falla al corte en columnas a bajas demandas de deformaciones. Deficiencias en longitudes de anclaje. Corrosión en estribos, verificada a la vista en ciertas zonas. Existencia de nudos sin armadura transversal.

Conclusiones: El análisis del edificio sin refuerzos permite verificar que ciertos elementos estructurales no presentan la ductilidad adecuada requerida por norma vigente, lo que indica que no es capaz de formar un mecanismo por flexión, siendo la falla por corte la que prevalece. Esto induce a falla frágil, lo que hace necesario el refuerzo indicado en segunda alternativa, que asegura un estado de servicio adecuado para el uso de este edificio.

• Requerimientos de ductilidad en edificios de marcos. (Ref. 16).

Objetivos: Determinar demandas de deformación y ductilidad en edificios utilizando ciertos registros predeterminados.

Determinar la capacidad de deformación que se logra en marcos al aplicar las disposiciones del cap. 21 del ACI 318-99, tratándolos como marcos especiales y comparados con la capacidad de deformación al considerar las armaduras de confinamiento requerida en un marco intermedio.

Evaluar resultados de métodos aproximados, para determinar las demandas de desplazamientos de edificios.

La diferencia principal en tratar el marco como intermedio está en la no obligatoriedad de asegurar que las columnas sean más resistentes que las vigas para evitar la formación de un piso blando, ya que la presencia de muros permite que algunas columnas pudieran fluir. Por otra parte, como los marcos intermedios están permitidos en zonas de riesgo sísmico moderado, las armaduras de confinamiento son menores que las recomendadas para marcos especiales. La norma NCh 433 of 96 permite tratar los marcos de sistemas mixtos como intermedios si se cumplen algunas condiciones establecidas en función del corte basal que toman los muros. Se aplican criterios basados en desplazamientos para decidir grado de confinamiento que deben tener los elementos de marcos de sistemas mixtos. Registros sísmicos utilizados: Registros nacionales: Llolleo N10 E, Viña del Mar S20 W. Registros extranjeros: Michoacán (ciudad de México), Sylmar, N00 E y Kobe (JMA).


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Los análisis dinámicos no lineales se realizan por medio del programa RUAUMOKO. Se analizan tres edificios de seis, doce y veinte pisos. Materiales: Acero: A63-42H. Hormigón: H 35. Suelo tipo III. Zona sísmica 3.

Conclusiones: Para los registros sísmicos nacionales los edificios de doce y 20 pisos presentan ductilidades similares. Para edificio de seis pisos, la ductilidad es mayor, pero aún es bajo, considerando la ductilidad disponible en elementos estudiados.

La armadura de confinamiento entregada por capítulo 21.1 del ACXI 318-99, entrega una ductilidad adecuada, pero parece razonable lo que se dicta en el apéndice B de la Nch 43 of 96, en cuanto a tratar este tipo de marcos como especial, ya que es prudente evitar formación de piso blando.

Los registros de sismos internacionales son más destructivos, por lo que es necesario confinar según capítulo 21 del ACI 318-99.

Los métodos aproximados para estimar desplazamientos, en general entregan resultados aceptables comparando con resultados obtenidos por medio de métodos tradicionales.

• Un criterio basado en desplazamientos para determinar armaduras de confinamiento en elementos de marcos. (Ref. 31).

Objetivo: Proponer una metodología de diseño basada en desplazamientos, que permita decidir cuándo los elementos de marcos de sistemas mixtos de hormigón armado, deben ser diseñados como intermedios o especiales. El método se aplica a edificios mixtos de seis, doce y veinte pisos, estructurados con muros y marcos, diseñados según requerimientos de resistencia de NCh 433 of 96. Se incluyen condiciones adversas al diseño como suelo blando y zona de mayor sismicidad.


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Conclusiones: Para los casos estudiados la ductilidad de los marcos sin confinamiento especial fue suficiente para llegar al desplazamiento lateral que `produce la falla en el muro.

En los edificios analizados, la presencia de los muros otorga una gran rigidez y resistencia ante cargas laterales, permitiendo responder con pocos daños ante terremotos severos.

En todos los registros analizados la mayor parte de la respuesta inelástica se concentra en la base de los muros, con pequeñas incursiones en el rango no lineal en vigas y con respuestas bajo el límite de fluencia para columnas casi en la totalidad de los casos.

• Validez del modelo de diafragma rígido en edificios con losas prefabricadas.

(Ref. 1).

Objetivo: Analizar el comportamiento sísmico que presentan los edificios cuyos diafragmas son construidos en base a losetas prefabricadas, a fin de evaluar la validez de modelos de análisis que consideran las losas de piso como diafragma rígido y su consiguiente distribución de esfuerzos a los ejes resistentes. Se analizan y comparan distintos modelos de edificios con losas modeladas como diafragma rígido, respecto a los mismos modelados de manera flexible. Los edificios analizados se caracterizan por tener diferentes razones de aspecto, número de pisos, estructuración y excentricidad. Con esto se logra determinar en cuáles estructuras las losas son susceptibles de comportarse en forma flexible. Conclusión: La flexibilidad de la losa no depende del tipo de sistema de piso seleccionado, sino más bien de la razón de aspecto (largo / ancho) de la planta y rigidez lateral del edificio. A mayor razón de aspecto, mayor flexibilidad.


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4.2. EFECTO DE ACCIONES VERTICALES. • Efecto de la incorporación de la componente vertical del sismo en el

comportamiento elástico de edificios tridimensionales. (Ref. 44).

Objetivo: Analizar parámetros principales que controlan el comportamiento elástico de estructuras por movimientos sísmicos, considerando tres componentes: dos horizontales y una vertical. Se analizan máximas respuestas elásticas resultantes de análisis historia de respuesta en el tiempo (HRT). Se estudian ciento treinta y cinco modelos de edificios simples de un piso de diferentes plantas, caracterizadas por período de vibración lateral, período vertical, excentricidad de rigidez en planta, razón de aspecto (ancho / largo) de la planta y condiciones de borde de diafragma de piso. El sismo vertical genera fuerzas axiales en columna hasta 3,3 veces superiores a las fuerzas axiales provenientes de cargas estáticas gravitacionales, con gran influencia del sismo actuante. Las solicitaciones horizontales y verticales del sismo actuando simultáneamente, generan fuerzas axiales en columnas de 4,4 veces superiores las fuerzas axiales resultantes de una solicitación sísmica en una dirección. La combinación resultante de la aplicación de las tres componentes del sismo en forma independiente (raíz de suma de cuadrados, SRSS) resulta ser la más adecuada. Conclusiones: La existencia de vigas de contorno (dirección transversal y longitudinal) evitan grandes aumentos de las respuestas en losas, respecto a respuesta ante cargas estáticas gravitacionales.

La acción del sismo en tres componentes en forma simultánea, genera mayores desplazamientos que los producidos por la solicitación sísmica unidireccional horizontal. En casos particulares se alcanza hasta un 40% de diferencia.


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• Estudio del efecto de la deformación plástica en edificios altos de hormigón armado. (Ref. 33).

Objetivos: Comparar dos métodos propuestos para el cálculo de la deformación total vertical, durante el tiempo de construcción, Park & Paulay y Colaco (en un edificio alto).

Analizar deformaciones verticales de las columnas, producto de la fluencia lenta del hormigón a largo plazo.

Determinar la importancia del proceso de creep a largo plazo del hormigón. Cuantificar las variaciones de los esfuerzos de momentos en las vigas de un edificio alto de hormigón armado, debido a las deformaciones a largo plazo en vigas y columnas.

Resultados: Módulo de elasticidad en hormigón sufre disminución debido a fluencia de cargas permanentes.

Valor del creep tiene forma asintótica, es decir, parte con variaciones grandes y luego con el tiempo tiende a estabilizarse a un valor constante.

Deformación total incluida creep a largo plazo, es mucho mayor que la deformación elástica, haciéndose mayor la diferencia a medida que aumenta la altura del edificio.

Deformaciones en los extremos son mayores que en el centro del edificio (fenómeno alas caídas).

Conclusiones: A medida que la altura del edificio aumenta, las deformaciones acumuladas aumentan.

La variación del módulo de elasticidad en los elementos del edificio (principalmente columnas), representa un efecto de fluencia lenta de las columnas, que en el largo plazo (5 años) hay que considerar.

El no considerar el efecto de fluencia lenta en edificios altos de hormigón armado puede llevar a agrietamientos en elementos secundarios, tales como en cerámicos de las losas, muros cortina y tabiques.


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4.3. DETALLAMIENTO. • Comparación del diseño de armaduras en muros de hormigón armado con

singularidades geométricas mediante método puntal tensor y elementos finitos. (Ref. 53).

Objetivo: Comprender el comportamiento de diferentes configuraciones de muros de edificios altos, frente a las solicitaciones que se encuentran actuando en él, y poder determinar la armadura que se necesita para resistirlas, en especial, en zonas singulares geométricas como: perforaciones de puertas y ventanas en pisos inferiores de edificios altos de hormigón armado, donde se produce gran concentración de tensiones. Se analizan 24 casos de muros analizados por ambos métodos (puntal tensor y elementos finitos). Se determinan las armaduras requeridas según cada uno de los 2 criterios empleados. ACI 318-02 puntal tensor (apéndice A). ACI 318-99 elementos finitos.

Resultados: El método Puntal - Tensor requiere aproximadamente un 55 % más de armadura. La flexión controla el diseño Puntal - Tensor, entonces se deben disponer importantes armaduras concentradas en bordes de las perforaciones.

Con elementos finitos predomina el corte en el comportamiento de los muros. Los mayores requerimientos son del tipo distribuido, especialmente en el sentido vertical entre perforaciones superiores e inferiores.

Conclusión: Se recomienda el uso del método de elementos finitos, ya que en edificios altos, el comportamiento por lo general se encuentra dentro del rango elástico, por lo que este análisis es más representativo de la realidad y entrega menor cantidad de armadura.

• Efectos de una reducción de la armadura por flexión en el comportamiento

sísmico de dinteles. (Ref. 47).

Objetivos: Analizar el comportamiento sísmico de modelos conformados por dos muros acoplados por un dintel cuando la armadura requerida por flexión se reduce a la mitad de lo calculado de forma tradicional.

Conocer las características de los dinteles usados normalmente en Chile. Analizar el comportamiento sísmico de dinteles según el código ACI 318-02. Evaluar comportamiento sísmico de un modelo simplificado de muros acoplados por dinteles, mediante un análisis “push over”.


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Se utiliza análisis modal espectral de NCh 433 of 96 y se diseña por medio de ACI 318-02 con disposiciones especiales de diseño de capítulo 21. Los modelos son sometidos a un análisis estático no lineal o “push over”. Se comparan índices de ductilidad por curvatura (acortamiento del hormigón y alargamiento del acero). Resultados: A medida que aumenta el número de pisos, las diferencias (ductilidad, acortamiento de hormigón y alargamiento de acero) entre dinteles con su 100% de armadura a flexión comparado con dinteles con 50% de armadura a flexión disminuyen.

Se aprecian dos puntos de fluencias características: fluencia del dintel y luego primera fluencia muro basal.

Conclusiones; Los desplazamientos asociados al primer punto de fluencia con 100% de armadura a flexión y 50% de armadura a flexión presentan diferencias entre 20% y 40%.

Al comparar las ductilidades de los elementos con armaduras a flexión de 100% y 50%, éstas aumentan la diferencia en altura.

La energía disipada es mayor en el caso de dinteles con 50% de la armadura en flexión.

• Estudio del traspaso de esfuerzos en algunos nudos complejos de

estructuras de hormigón armado. (Ref. 30).

Objetivo: Obtener mediante distintos métodos los esfuerzos transmitidos por nudos complejos de edificios de marcos de hormigón armado, de manera de deducir una mejor disposición de la armadura. Los nudos presentan características poco usuales y requieran un análisis más acabado para la determinación de traspaso de esfuerzos en el interior de ellos. Se utilizan 3 métodos de análisis: Modelo de barras. Modela la estructura mediante barras flexibles y se resuelve por método de rigidez.

Método de elementos finitos. Se construye malla en la estructura analizada donde se identifican nodos y elementos (análisis de traspasos virtuales), se compatibilizan las deformaciones en los nodos de cada elemento con respecto a las adyacentes. Se busca equilibrio (posición de mínima energía).

Método Puntal tensor: Se identifican 2 regiones, B y D. B cumple hipótesis de Bernoulli (secciones planas se mantienen planas). En D existe discontinuidad


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(Principio de Saint Venant), se extiende una distancia igual a la altura de la sección de cada elemento.

Conclusiones: Método puntal tensor presenta buenos resultados para modelar el interior de nudos complejos y traspasos en estructuras simples. Se considera en este caso el flujo de las tensiones y la forma en que se realiza el traspaso de esfuerzos.

Se comprueba que al no utilizar el método puntal tensor se omiten fuerzas y pueden faltar armaduras en los nudos.


41

4.4. FUNDACIONES. • Influencia de la fundación en los esfuerzos que se desarrollan durante un

sismo en un edificio de hormigón armado y en el suelo. (Ref. 49).

Objetivo: Evaluar analíticamente los esfuerzos que se desarrollan durante un sismo en muros, columnas y en elementos que forman parte de la fundación de un edificio de hormigón armado y las tensiones y deformaciones del suelo inmediatamente bajo ellos. La metodología convencional no considera posibles deformaciones a nivel de sello de fundación, ni aumento del período del sistema sobre el suelo deformable. El edificio estudiado corresponde a una estructura de diez pisos formada de forma mixta con un sistema de muros y marcos, con distintos tipos de fundación. Los materiales son: hormigón H 25, acero A63-42H. La fundación corresponde a zapatas bajo muros unidas por vigas de fundación, sumado a una losa de fundación con vigas atiesadoras y losas planas. Los elementos estructurales considerados presentan comportamiento no lineal y el suelo se modela de tres formas: modelo lineal – elástico, modelo lineal inelástico y modelo no lineal. Los registros utilizados para el análisis son Viña del Mar S20 W y Kobe JMA. Conclusiones: La existencia de deformaciones en el suelo de fundación y rotación de las bases de los muros, producen una disminución de esfuerzos basales, con respecto a valores con base empotrado.

En ejes con muros y columnas, la rotación de las bases de los muros provoca transferencia de esfuerzos de muro a columna.

La rotación aumenta los esfuerzos en los pisos superiores. El hecho de suponer base empotrada es suficiente para satisfacer la demanda sísmica derivada del registro Viña del Mar S20 W.

Las deformaciones del suelo de fundación produce un aumento de los desplazamientos horizontales y giros de muros y columnas en pisos inferiores. En los pisos superiores se observa una disminución de los giros.

Los distintos modelos de comportamiento del suelo de fundación, entregan un comportamiento similar, por lo que se puede usar el modelo más simple (modelo lineal).


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Los asentamientos de suelo bajo la fundación están relacionados con pulsos fuertes del registro de entrada.

Al usar la NCh 433 of 93, se tiende a sobredimensionar muros y vigas de fundación, pero se puede subestimar los esfuerzos reales en columnas.

• Influencia de la rigidez de las fundaciones en un edificio sin subterráneos.

(Ref. 37).

Objetivo: Analizar el comportamiento estructural de los diferentes elementos, tales como vigas, columnas y muros en un edificio sin subterráneos, al considerar la influencia de la rigidez de las fundaciones en su modelación. Edificio en estudio: Edificio del Pacífico: Estructurado con marcos perimetrales y núcleo central de muros, unidos mediante vigas de grandes dimensiones. Obs: se considera sin subterráneos.

Método de diseño: Se modela el edificio considerado empotrado en su base (rigidez infinita en apoyos). Con esto obtienen esfuerzos que recaen en el sistema de fundación, con lo que se pueden diseñar.

Se ingresan las fundaciones ya diseñadas al modelo, como resortes con rigidez teórica, que considera geometría de la zapata y el tipo de suelo de fundación.

Se comprueba por medio de programa computacional estado global del edificio. Conclusiones: Al incorporar el sistema de fundaciones dentro del análisis sísmico, se obtienen diferencias de esfuerzos y deformaciones, respecto al modelo empotrado, debido a la mayor flexibilidad de la estructura con fundaciones.

El diseño empotrado implica diseño más seguro, ya que otorga mayor cantidad de armaduras en los elementos.

El edificio con sistema de fundaciones se muestra más flexible y con asentamientos superiores.


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4.5. TORSIÓN. • Efecto de considerar las dos componentes del sismo en la respuesta de

sistemas con acoplamiento torsional. (Ref. 26).

Objetivo: Determinar el rango de validez del diseño de estructuras de hormigón armado, basado en solicitación sísmica considerada como movimiento unidireccional. Se analizan varios modelos de estructuras tridimensionales de cinco pisos, con simetría en una dirección, con diferentes niveles de aporte de rigidez torsional por parte de ejes transversales. Procedimiento: Someter la estructura completa a un análisis elástico con un sismo unidireccional en dirección de elementos a diseñar (práctica usual).

Someter estructuras a análisis elástico con sismos bidireccionales, con mayor componente actuando en las dos direcciones alternadamente (se entiende que esta solicitación es la más representativa de efecto real).

Realizar análisis inelástico de estructuras, sometiéndolas a solicitaciones sísmicas uni y bidireccionales y comparar esfuerzos de diseños resultantes de aplicar sismos bidireccionales.

Conclusiones: Calcular los esfuerzos de solicitaciones sísmicas de manera unidireccional, se considera apropiado, de acuerdo a las prácticas chilenas, pero se debe tener en cuenta que para estructuras que presentan rigideces laterales y transversales muy diferentes, los momentos flectores son subestimados en el caso de esta experiencia hasta en un 20%.

Se puede aplicar el criterio unidireccional, exceptuando estructuras con baja rigidez torsional.

• Estudio de los efectos de la torsión en planta en un edificio alto no simétrico.

(Ref. 28).

Objetivo: Estudiar efecto de la torsión en un edificio alto no simétrico real y otro ficticio, sobre esfuerzos en los elementos extremos en planta y observar variaciones en el diseño de dichos elementos. Para lograr los objetivos se varía la ubicación del centro de masa de un edificio real en tres casos aleatorios distintos y un caso conocido previamente como


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desfavorable, en el que se carga la mitad de la planta con el 50% de la sobrecarga. El centro de rigidez se desplaza por medio de variaciones en las dimensiones de los elementos según las máximas tolerancias de la norma NCh 433 of 96. Para el análisis del edificio ficticio se utilizan en el diseño alternativas de NCh 433 of 96.

Resultados: Para edificio ficticio se observa efectos importantes derivados de la torsión con análisis en el tiempo.

Los esfuerzos sísmicos en edificio real y ficticio, se incrementan en 80%. Para análisis en el tiempo el incremento de los esfuerzos llega al 200% en columnas extremas en planta.

Conclusiones: Aunque los esfuerzos en elementos extremos aumentan, el diseño no sufre variación por efectos de torsión accidental en caso de edificio real.

En edificio ficticio los esfuerzos globales (corte y momento volcante) son menores para análisis en tiempo que en el análisis espectral para el mismo registro.


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4.6. TIPOS DE ANÁLISIS. • Estudio de la precisión de métodos estático – incrementales para predecir el

comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado. (Ref. 27).

Objetivo: Determinar la calidad de la predicción del método basado en el diagrama de capacidad – demanda, usando cuatro modelos de edificios estructurados con muros de hormigón armado. Como parte del trabajo se generan gran cantidad de registros sísmicos artificiales implementados por métodos computacionales de manera de ser compatibles con registros de sismos severos reales, y como supuesto se establece que la respuesta sísmica “exacta” está determinada por el promedio de la respuesta dinámica inelástica de estos modelos, frente al registro real. Para cada modelo se determina el desplazamiento máximo de techo, proveniente de un análisis en el tiempo y se compara con el valor entregado por método capacidad – demanda, para lo cual se utiliza el método directo, que emplea el espectro del movimiento sísmico y las propiedades de un sistema equivalente a un grado de libertad.

Registros utilizados: Chile, Llolleo N10 E, 3/3/85. Turquía, Dulce N90 E, 17/8/99. Taiwán, TCU N90 E, 21/9/99.

Conclusiones: La confección de registros alternativos compatibles, aparece como una buena alternativa, en cuanto al análisis sísmico en el tiempo.

El método directo utiliza un análisis “push over” para definir sistema de un grado de libertad equivalente y usa directamente el espectro. Esta alternativa es muy viable para el análisis inelástico estático. Dentro de las ventajas se encuentra: velocidad de procesamiento, entrega de resultados y facilidad de implementación.

El método de diagrama capacidad – demanda, como método directo presenta una favorable predominancia a errores conservadores en la determinación del desplazamiento máximo de techo.


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• Predicción del comportamiento sísmico inelástico de edificios de hormigón armado por medio de métodos estático incrementales. (Ref. 25).

Objetivo: Determinar la calidad de los resultados obtenidos de análisis sísmicos basados en fuerzas laterales incrementales. Para realizar tal objetivo se desarrollan dos métodos de análisis. Método de diagrama capacidad – demanda. Análisis Push Over modal (MPA).

Se aplican estos dos métodos a doce modelos estructurados en hormigón armado. Seis de estos modelos se estructuran en base a pórticos y seis en base a muros. Las estructuras son de cinco, quince y veinticinco pisos, y para cada altura se consideran las siguientes variantes: Efecto de la densidad de muros y la rigidez relativa entre vigas y columnas.

Para la solicitación sísmica se utilizan tres registros reales y tres acelerogramas creados artificialmente: • Lolleo, Chile, N10E, año 1985. • Sylmar, N00 E, año 1994. • Taiwán, N90 E, TCU 068, año 1999. Se obtienen resultados por tales como: desplazamiento máximo de techo, de pisos y deformación de entrepiso, y luego se comparan con resultados de método dinámico inelástico, para medir precisión y error asociado a cada método. Resultados: El método de diagrama capacidad – demanda muestra errores promedio dentro de rangos usuales (considerado normal).

Para MPA se obtienen subestimaciones considerables de desplazamiento máximo de techo, para todos los modelos y sismos considerados.

Los métodos observados no fueron capaces de predecir colapsos observados con análisis dinámico inelástico.

Conclusiones: La confección de acelerogramas artificiales compatibles aparece buena alternativa, en especial para comprobar estructura con un espectro de diseño.

El método de diagrama capacidad – demanda permite obtener estimaciones de desplazamiento de techo máximo para eventos sísmicos particulares, usando el espectro de respuesta inelástico obtenido del sismo. Error promedio: entre -45,02% y +13,15% para pórticos y entre -67,92% y +11,29% para muros.


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El MPA entrega estimaciones del desplazamiento máximo de techo del orden de: entre -33,14% y +11,26% para pórticos y entre -53,26% y -14,29% para muros.

Los resultados más precisos se obtienen con registro chileno de Llolleo, ya que sismos extranjeros provienen de calidad impulsiva según método capacidad demanda.

Para MPA, la tendencia a subestimar los desplazamientos máximos de techo, se acentúa con registros extranjeros.

CAPÍTULO 5

DESARROLLO DE TRABAJOS RELACIONADOS CON DISEÑO

Capítulo 5 Desarrollo de Trabajos Relacionados con Diseño

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DESARROLLO DE TRABAJOS RELACIONADOS AL DISEÑO 5.1. SISTEMAS ESPECIALES PARA DISIPACIÓN DE ENERGÍA. • Diseño comparativo de un edificio de 6 pisos con y sin aisladores sísmicos,

según norma NCh 2745 of 2003. (Ref. 2).

Objetivo: Realizar análisis técnico – económico entre el diseño de un edificio aislado sísmicamente de acuerdo a norma NCh 2745 of 2003 y desño del mismo edificio sin aislamiento sísmica según NCh 433 of 96. El edificio si aislamiento es diseñado para ser fundado en suelo tipo III según NCh 433 of 96. Para el edificio aislado se realiza un análisis dinámico modal espectral para edificios aislados. Se utilizan aisladores elastoméricos con núcleo de plomo y goma de bajo amortiguamiento, junto a aisladores de goma natural debido que esta opción de aislamiento ofrece la ventaja de tener fuerzas restitutivas ante movimiento sísmico. El cálculo de los elementos de hormigón armado se realiza según norma ACI 318-99 y norma NCh 433 of 96. El diseño de los elementos del edificio aislado es similar al edificio sin aislar, salvo necesidades de modificaciones a nivel de aislamiento. Conclusiones: Las cantidades generales de obra gruesa aumentan con aislamiento. En casos particulares existe ahorro de armaduras y en hormigón colocado en muros, columnas y losas, gracias a una disminución de esfuerzos.

Con respecto a costo: Obra gruesa: 6,8 % mayor con aislamiento. Presupuesto final: 2,96 % mayor con aislamiento.

Se observa disminución de la magnitud de corte distribuida en altura. No se ahorra en armadura de corte, ya que se diseña con armadura mínima que es mayor a la requerida.

Las aceleraciones e ven disminuidas 5,5 veces en eje débil y 4,5 en eje fuerte. Ventajas: Estructura no sufre daño ante eventos sísmicos severos, entonces los costos a largo plazo deben ser menores.


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• Diseño de un edificio alto con dinteles de acoplamiento en base a disipadores de energía. (Ref. 36).

Objetivos: Estudiar un edificio real que se rediseña con disipadores tipo ADAS, para influenciar en el comportamiento de la estructura.

Se estudia la inclusión de disipadores de energía como elementos de acoplamiento de muros para mejorar el comportamiento sísmico del edificio.

Proponer una solución constructiva a la instalación de los disipadores y a su posterior reparación luego de un sismo.

Ver influencias en costos de obra gruesa. Se elige el disipador tipo ADAS, para mejorar el comportamiento de la estructura, disminución de desplazamiento y esfuerzos en general.

Metodología: El edificio diseñado es de 24 pisos de muros de hormigón armado de la ciudad de Santiago, se analiza con programa computacional ETABS y se obtiene los esfuerzos en muros y vigas.

De acuerdo a las solicitaciones presentes en dinteles se diseña dispositivo adecuado para resistir esfuerzos (disipadores).

Se analiza la estructura incorporando disipadores. Disipadores estudiados teóricamente que no se utilizaron en análisis (Pasivos de energía): Amortiguadores de sólido viscoelástico. Amortiguadores de fluido viscoso o viscoelástico. Amortiguadores friccionales. Amortiguadores metálicos (elegido en este caso).

Amortiguador tipo ADAS: conjunto de placas paralelas de modo que la fluencia sea uniforme en su altura. Material: acero ASTM-36. Fluencia nominal 2,53 ton/cm2 Análisis edificio: Sin disipación:

Análisis Modal – Espectral NCh 433 of 96 Análisis Tiempo – Historia lineal considerando sismo LLolleo en ambas direcciones.

Con disipación: Análisis Tiempo – Historia no lineal considerando sismo LLolleo en ambas direcciones.


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Resultados: Los esfuerzos generados en los elementos de acoplamiento (muros, dintel) resultan ser considerablemente menores.

Se realiza un costo aproximado asociado a la modificación de la estructura, obteniendo un costo similar.

Conclusiones: Existe una disminución de esfuerzos debido a la incorporación de amortiguamiento y rigidez, lo que genera reducciones importantes en desplazamientos absolutos y esfuerzos en vigas.

La respuesta dinámica de la estructura mejora notoriamente. • Edificios altos de marcos con unión híbrida. (Ref. 20).

Objetivo: Desarrollar como ejemplo ilustrativo, tendiente a la proposición de una nueva norma de diseño de este tipo de sistema, un diseño de un edificio de marcos de hormigón armado de diecisiete pisos de altura, usando uniones híbridas. El trabajo consiste en unir vigas con columnas continuas por medio de cable de postensado, que atraviese la sección media de la viga y se extienda en toda la longitud del eje del marco. Además se agregan barras especiales capaces de fluir, ubicadas en la parte superior e inferior de las vigas, atravesando la unión, con lo que es capaz de disipar energía por histéresis y responder con menores deformaciones. El sistema híbrido se compara con una estructuración similar de marcos tradicionales, calculado con requerimientos de resistencia de NCh 433 of 96 y diseñado por ACI 318–99. Datos Edificio: Acero: A63-42H. Hormigón: H30. Zona Sísmica 3. Suelo Tipo II.

Resultados: Ambos edificios cumplen requerimientos de NCh 433 of 96. Las secciones de elementos son idénticas en ambos edificios. Unión híbrida: 9% más resistente frente a cargas laterales y presenta un 10% más de capacidad de deformación lateral.

Ambos edificios evidencian deformación en rango no lineal, pero edificio monolítico muestra deformaciones remanentes e híbrido no.


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La demanda de deformación de techo disminuye en un 30% en edificio con unión híbrida.

Conclusiones: Las vigas del edificio monolítico fluyen con incursiones no lineales, muy por debajo de su capacidad máxima, por lo que esto no presenta un problema de importancia.

En el caso de las uniones híbridas, se observa una incursión en rango no lineal, con demanda de giro total en la unión del nudo, siendo menores a los requeridos por diseño (0,55% v/s 3,5%). Entonces se entiende que los requerimientos de diseño de norma de uniones híbridas para este caso son conservadores.

Dentro de las virtudes que se pueden destacar de las uniones híbridas, está la capacidad de deformación sin daño de elementos estructurales, y la no existencia de deformaciones remanentes.

• Implementación de aislamiento sísmico en edificios habitacionales

estructurados en base a muros. (Ref. 7). Objetivo: Comparar dos soluciones estructurales, con y sin aislamiento sísmico basal, para el análisis y diseño de un edifico habitacional de seis pisos y un subterráneo estructurado en base a muros. El sistema de aislamiento corresponde a un sistema mixto, construido por aisladores elastoméricos de goma y deslizadores friccionales (44 aisladores de goma, 41 deslizadores friccionales en 85 puntos de apoyo).

Resultados: Se logra reducir el corte de diseño en aproximadamente un 40% en la superestructura aislada.

Se reducen deformaciones de entrepiso en cuatro veces. Conclusiones: La estructura aislada se comporta en forma prácticamente elástica, concentrando todo el desplazamiento en la interfaz de aislamiento.

La factibilidad técnica y económica indica que el proyecto de aislamiento es viable, de instalación práctica y no aumentando en forma significativa los costos.

• Muros mecedores como una alternativa de diseño Sísmico. (Ref. 55).

Objetivo: Describir el funcionamiento de un edificio prefabricado construido en el Parque Riesco, Espacio Riesco, Av. El Salto 5000, Huechuraba, Santiago, durante


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octubre de 2002, para luego comparar este sistema de muros mecedores (sin armadura que conecten en la base) con sistema de muros monolíticos. En sentido transversal el edificio tiene como estructura dos muros, prefabricados en obra, y montados de manera Tilt – Up y dos marcos de uniones post-tensadas. Se diseña emulando un sistema tradicional, según especifica ACI 318-99, cumpliendo normas de resistencia por NCh 433 of 96. El análisis dinámico no lineal se realiza por medio del programa RUAUMOKO (Carr, 2000). Registros sísmicos utilizados: Dos registros nacionales: Llolleo N10 E, Viña del Mar S20 W. Registros extranjeros de mayor demanda: Sylmar, N00 E.

Conclusiones: Muros mecedores: Sin armadura especial para disipar energía tienen mayores desplazamientos horizontales que muros monolíticos.

Los muros mecedores giran como cuerpo rígido al quedar la rotación concentrada en la base. Entonces se minimiza el daño estructural tanto en el muro como en elementos de marcos que acompañan.

Los muros mecedores tendrían leves levantamientos en la base según resultados de análisis, no siendo significativo el pretensado, pero si armaduras para disipar energía (minimizar demandas de desplazamientos).

En los muros mecedores se puede esperar mayor daño en elementos no estructurales al tener mayores desplazamientos, pero a la vez, al aumentarse el período, pueden tener menores aceleraciones de entrepiso.

En muro monolítico se espera agrietamiento en la base, ya que hay cierta incursión en rango no lineal en zona crítica.


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5.2. SISTEMAS COMPUTACIONALES Y MANUALES DE DISEÑO. • Manual para el cálculo de elementos estructurales confeccionados con

hormigón de alta resistencia. (Ref. 29).

Objetivo: Desarrollar un manual para asistir el diseño de elementos de hormigón de alta resistencia en nuestro país. Se hace necesario reunir recomendaciones para el diseño de este tipo de hormigones. Las recomendaciones principalmente se realizan a partir de la norma ACI 318-95. Las principales disposiciones se enfocan a puntos tales como: flexo compresión, corte y torsión, junto a un análisis de variaciones que presentan las propiedades mecánicas del material. Conclusiones: En el caso de flexión, se observa que las diferencias entre hormigón normal y de alta resistencia son bastante pequeñas.

En el caso del corte sí se presentan diferencias considerables entre un tipo de hormigón y otro.

Entre un hormigón y otro, se encuentran diferencias en: módulo de elasticidad, rotura y parámetros del bloque de compresiones.

El hormigón de alta resistencia (H.A.R), presenta un comportamiento superior, pero la evolución del comportamiento frente a cargas similares es distinta (diferencias no lineales en curvas tensión-deformación). Esto obliga a tratar con precaución el diseño de estos elementos con hormigones con distintas cualidades.

• Sistema Automatizado para el cálculo y Disposición de Armaduras. (Ref. 8).

Objetivo: Creación de un sistema computacional capaz de procesar el resultado del análisis estático y sísmico de estructuras de manera de obtener la armadura demandada por los elementos del modelo, de acuerdo a disposiciones del ACI 318-95. Se estudian los procesos involucrados en el cálculo de armaduras, y de acuerdo a las normas y criterios se automatizan las distintas rutinas y secuencias involucradas.


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Además de calcular secciones de armaduras requerida, propone distribuciones de las mismas con el fin de ayudar al proyectista. El programa se prueba con un ejemplo real correspondiente a un edificio de hormigón armado de 32 niveles. El sistema sólo calcula y dispone armaduras para elementos principales de la estructura y algunos elementos aislados. No dimensiona otros elementos estructurales tales como: diafragmas rígidos y fundaciones.


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5.3. FILOSOFÍAS COMPLEMENTARIAS DE DISEÑO. • Análisis de un método de diseño sísmico para muros basado en

desplazamientos. (Ref. 48).

Objetivo: Realizar un diseño sísmico de muros estructurales sintetizando la información nacional y verificar las disposiciones de diseño basadas en desplazamientos. El estudio consiste en una revisión del material bibliográfico existente sobre el diseño sísmico de muros y sobre el método de diseño basado en los desplazamientos. Se aplica el método de desplazamientos a un edificio diseñado previamente con el espectro de aceleraciones de la norma NCh 433 of 96. Edificio: 20 pisos, zona sísmica 2, suelo tipo III. Resultado: Se observa que el método de los desplazamientos es una buena herramienta para evaluar si la estructura será capaz de soportar las demandas de desplazamiento debido a un sismo. Conclusión: Si la demanda de los desplazamientos es superior a lo que es capaz de soportar se debe proporcionar confinamiento en bordes de muros para aumentar la capacidad de deformación, o se puede disminuir el desplazamiento modificando el período de la estructura.

• Diseño por comportamiento de edificios de hormigón armado. (Ref. 50).

Objetivo: Estudiar la aplicación del método de diseño por comportamiento de la SEAOC “Structural Engineering Association of California”, en dos edificios de hormigón armado previamente diseñados por el método tradicional de la norma NCh 433 of 96 “Diseño Sísmico de Edificios” y la ACI 318 2001 “Building Requeriments for Structural Concrete”.

Tipos de Edificios.: Un Edificio de muros de uso habitacional. Un Edificio de marcos de uso de oficinas.


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El método de comportamiento se aplica según dos alternativas: Fuerzas: Se mide la resistencia de la estructura frente a las solicitaciones que la afectan. (Parecido al método tradicional).

Desplazamientos: Se toman los desplazamientos de la estructura como parámetros de control para el diseño.

Se definen 4 estados que puede presentar una estructura frente a un sismo. Totalmente operacional. Operacional o funcional. Vidas a salvo. Cercano al colapso.

Conclusiones: Al aplicar el método basado en comportamiento mediante el uso de fuerzas, los resultados son similares a los del método tradicional.

El método por desplazamiento entrega resultados incongruentes con resultados por fuerzas.

El método por desplazamientos no está calibrado para la práctica chilena en este tipo de edificios. (más de 20 pisos).

Se debe establecer definiciones para los sismos: frecuentes, ocasionales, rara ocurrencia y máximos, junto con espectros de desplazamientos representativos.

Se debe afinar los procedimientos para determinar los desplazamientos máximos, altura efectiva, forma, etc.., en una estructura.

• Diseño de la fundaciones en un edificio de 60 pisos de hormigón armado.

(Ref. 51).

Objetivo: Diseñar fundaciones de un edificio alto, de hormigón armado, edificado sobre la grava de Santiago, con el objeto de detectar posibles dificultades que pueda presentarse este tipo de estructuras. Primeramente se realiza un pre-dimensionamiento de las fundaciones del edificio y un estudio de rigidez y asentamiento de éstas, con el fin de evaluar las deformaciones obtenidas. Luego se realiza el diseño de los principales elementos que componen el sistema de fundación, considerando los requerimientos de la normativa chilena vigente. Resultado final: Un sistema de fundaciones de grandes dimensiones que incluye: Zapatas aisladas, amarradas por vigas de fundación y una losa de fundación central, que soporta cargas de mayor magnitud.


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Debido a los esfuerzos que recaen en el sistema de fundación, se obtienen grandes dimensiones para evitar asentamientos.

Conclusiones: El diseño y construcción de las fundaciones necesarias, es viable, pero se debe tener cuidado con el proceso constructivo. El aumento de temperatura de la masa de hormigón puede producir fisuración en el hormigón (calor de hidratación).

La transferencia de corte sísmico no ocurre sólo en la losa de acceso al edificio, sino que continúa en niveles inferiores.

Se recomienda evaluar el módulo de elasticidad del suelo a una profundidad mayor al suelo de fundación, ya que la existencia de bulbos de presión permite aumentar los incrementos de tensión que se producen al interior de la masa de suelo. Debido a esto la influencia de las cargas llega a una profundidad mayor.

• Diseño Sísmico Basado en el Comportamiento de Elementos de Hormigón

Armado. (Ref. 34).

Objetivo: Establecer el nivel de diseño sísmico incorporando información nacional y extranjera, realizando una aplicación o ejemplo simplificado para la situación chilena usando diseño basado en comportamiento. El método basado en comportamiento plantea las siguientes exigencias. Resistencia. Estabilidad. Cumplimiento condiciones de servicio. Ductilidad después de fluencia. Durabilidad.

Se definen 4 estados que puede presentar una estructura frente a un sismo. Totalmente operacional. Operacional o funcional. Vidas a salvo. Cercano al colapso.

A continuación se muestra una matriz que representa el estado del edificio que se desea diseñar frente a la ocurrencia de un sismo.


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TOTALMENTE OPERACIONAL

OPERACIONAL

VIDAS A SALVO

CERCANO COLAPSO

FRECUENTE

OCASIONAL

RARO

MUY RARO A partir de estas condiciones, se determina qué tipo de estructura se desea diseñar en cuanto a su respuesta frente a un sismo, y dependiendo de lo que se requiera se entregan ciertos parámetros de diseño para lograr dichos resultados. El método basado en comportamiento es compatible con cualquier método de diseño que permita lograr los objetivos establecidos por éste. En particular en este estudio, se ocupa el método de los desplazamientos en el análisis de un edificio real de 20 pisos. Se utilizan las deformaciones para determinar los requerimientos de la estructura, basado en un nivel de desplazamiento lateral preestablecido del edificio. Las fases de diseño son: Fase conceptual: Prediseño de la estructura. Fase numérica o de diseño: Diseño final con cálculos finales referidos a la estructura.

Fase construcción o implementación: Etapa que involucra el proceso constructivo y técnicas a utilizar.

Conclusión: Al comparar los valores de diseño del edificio real realizados de manera tradicional con los valores de diseño establecidos por el método de comportamiento, se establece que los resultados no difieren de manera considerable y que si es aplicable el método.


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• Evaluación del desempeño de un edificio de hormigón armado de veinte pisos diseñado por desplazamientos. (Ref. 35).

Objetivo: Determinar la resistencia de un edificio de hormigón armado, diseñado por el método de desplazamientos. En este trabajo se analiza un edificio de veinte pisos, estructurado con muros de hormigón armado y diseñado de manera de controlar deformaciones. Para calcular los desplazamientos, se utiliza el espectro de desplazamientos derivado de la NCh 433 of 96 para zona sísmica 3 y suelo tipo III. La evaluación del desempeño de la estructura, se realiza por medio de un análisis dinámico no lineal para los registros de Viña del Mar S20 W, Llolleo N10 E, Kobe JMA, Sylmar N00 E y Michoacán (Ciudad de México). Especificaciones edificio: Uso habitacional y regular en altura de pisos. Espesor de muros: entre 20 y 25 [cm]. Espesor de losa: 13 [cm]. Altura de piso: 2,6 [m], Altura total: 52 [m].

Conclusiones: Se verifica que la cuantía longitudinal a flexión de los muros no tiene un efecto significativo en la resistencia global de la estructura, debida a la demanda de desplazamientos, ni en el daño estructural que el sismo pueda producir.

El nivel de daños para el sismo de diseño es aceptable. Se pueden utilizar densidades de armaduras longitudinales menores (ρt de 0,55%). Debiéndose dar una ductilidad adecuada, usando armadura de confinamiento cuando fuese necesario.

Para minimizar el drm (desplazamiento de entrepiso) se requiere de mayor rigidez, y para ello se debe considerar una estructuración con dimensiones de sus elementos mayores.

• Un nuevo formato para la norma NCh 433 basado en el diseño por

desempeño. (Ref. 5).

Objetivo: Introducir los conceptos de diseño por desempeño como primer paso para complementar y racionalizar las actuales técnicas de diseño sísmico.

El diseño por desempeño se basa en la elección de la respuesta esperada para una estructura, en función de un sismo de diseño.


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Se definen tres niveles de acción sísmica, dependiendo de la zona sísmica y tipo de suelo (sismo frecuente, severo y máximo). El edificio en estudio posee veintidós pisos y dos subterráneos, se ubica sobre tipo de suelo II y zona sísmica 2. Los materiales son: hormigón H40-90C y acero A63-42H.

Conclusiones: Con el espectro elástico de la NCh 433 of 96, la estructura responde claramente en el rango elástico. La demanda de desplazamientos es baja en comparación a demanda máxima, y si se pasa el valor esperado de acción del sismo, el edificio cuenta con ductilidad necesaria.

Cualquier fuese el criterio de diseño, se debe verificar la demanda real de desplazamientos y dotar la estructura de suficiente ductilidad.

Es necesario considerar los costos involucrados a mantenciones y reparaciones asociadas a posibles daños esperados frente a un sismo.

Al realizar el diseño por desplazamientos se obtiene que: El edificio analizado tiene una respuesta dentro del estado de servicio, para ambas direcciones.

El uso de factores de mayoración y seguridad de los materiales, y la amplificación de los valores de diseño para obtener un corte basal mínimo, produce una gran sobre resistencia.

La demanda por desplazamientos resultó ser menor de lo esperado. Es necesario confinar bordes de muro tipo “L” pero sólo por seguridad, ya que el esfuerzo sobrepasa muy levemente el nivel esperado.

En edificios altos estructurados con sistemas mixtos (muros – marcos), ubicados en zona sísmica 2 y suelo tipo II, responden generalmente en rango lineal, siendo necesario controlar los desplazamientos y deformaciones, para evitar el daño de elementos no estructurales.


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5.4. DISPOSICIÓN DE ARMADURAS. • Aplicación de diferentes criterios de diseño de marcos de hormigón armado

pertenecientes a sistemas estructurales mixtos (muros y marcos). (Ref. 40).

Objetivo: Evaluar y comparar en edificios reales chilenos, el uso de diferentes criterios para el diseño de marcos, pertenecientes a sistemas estructurales mixtos (muros y marcos). Los diseños a evaluar son los siguientes: Criterios incluidos en el capítulo 21 del ACI 318-95. (1a). Disposiciones extras contenidas en la sección 21.7 del código ACI 318-95. (1b). Proposición para el diseño de marcos presentado por comisión de diseño estructural de la C.CH.C. (2a).

Propuesta alternativa al criterio anterior propuesta en este estudio. (2b). Disposiciones contenidas en Anexo B de la norma NCh 433 of 96. (3).

Se analizan 8 edificios reales construidos en Chile. 4 edificios zona sísmica 3 suelo tipo III. 4 edificios zona sísmica 2 suelo tipo II.

Resultados: Para los extremos de las columnas, los criterios 1a y 1b son más conservadores, variando entre un 25% a 67% más de armadura transversal que los restantes criterios, lo cual se debe a que consideran el confinamiento. El criterio 3 es el menos conservador, entregando un 33% del total de la armadura entregada por el criterio 1a que fue el mayor.

Para armaduras transversales, criterios 1a y 1b se muestran como los más conservadores en el extremo del elemento presentando entre un 10% y 36% más de armadura.

En el centro de las vigas el comportamiento para todos los criterios es similar mostrando diferencias menores al 6% entre ellos.

Conclusiones: En el centro de las columnas los criterios presentan resultados similares con variaciones menores al 8%, exceptuando el criterio 3, que propone la mitad de la armadura de los demás criterios.

El criterio 3 resulta ser el más conservador con un 90% más de armadura longitudinal en vigas y 56% más e columnas.


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• Aplicación de diferentes criterios para el diseño de muros, a edificios chilenos. (Ref. 43).

Objetivo: Evaluar y comparar el uso de tres criterios distintos en el diseño de muros de hormigón armado, esencialmente referido al confinamiento de borde en elementos. Criterios Seleccionados: A) Disposiciones del capítulo 21 del código de diseño de hormigón armado ACI 318-95 en su sección 21.6.6.

B) Proposición cambio de disposiciones ACI 318-95 realizada en subcomité ACI 318-H.

C) Proposición para confinamiento de muros hecha por la Comisión de Diseño Estructural de la Cámara Chilena de la Construcción. ( Dos métodos) C1) Método 1: Curvatura Mínima Compatible con desplazamiento lateral máximo esperado.

C2) Método 2: Resistencia Nominal Muro.

Se analizan 7 muros estructurales de 6 edificios chilenos.

Nº Muros Zona Sísmica Tipo Suelo 4 3 III 1 2 II 2 2 III

La altura de los edificios varía entre los 13,5 [m] a 100,6 [m]. Resultados:

Tipo de Criterio Porcentaje Muros Requiere Confinamiento A 86,4 % B 59,1 %

C1 68,2 % C2 59,1 %

Conclusión: El criterio A requiere que un porcentaje alto de muros sean confinados debido a la gran cantidad de armadura vertical presente


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• Estudio de la necesidad de confinar armaduras en muros sísmicos. (Ref. 42).

Objetivo: Analizar el confinamiento de armaduras de borde de los muros sujetos a cargas sísmicas en el marco de las disposiciones del capítulo 21 del ACI 318-99. El confinamiento se realiza mediante refuerzo transversal en forma de estribos. En este trabajo se realiza una revisión y estudio de la teoría del confinamiento del hormigón en compresión. Los resultados fueron aplicados en el rediseño de uno de los ejes de un edificio existente. Para cuantificar los beneficios de esta práctica, se realizan 2 análisis sísmicos incrementales a dicho eje, donde uno de ellos considera armaduras confinadas de borde y el otro de manera tradicional. Resultados: Aunque las disposiciones se refieren solamente a confinar los bordes, en este caso se confina la totalidad de la longitud del muro correspondiente.

La malla vertical aumenta 4 veces, mientras que la horizontal lo hace en 5 veces. Conclusiones: Los muros confinados resisten un 25 % más de corte basal y soportan un 146 % más de deformación de techo.

El aumento de la resistencia y deformación es significativo al sobrepasar el corte basal de diseño indicado en NCh 433 of 96. Antes de este evento, el comportamiento es similar.

El confinamiento de armaduras juega un rol importante sólo en el caso que la estructura sea sometida durante su vida útil a un sismo mayor al de diseño.

• Evaluación del uso de armadura distribuida en elementos estructurales de


Objetivos: Evaluar la utilización de armadura distribuida, principalmente en vigas, columnas y muros en vez de armadura concentrada en el borde. Se realiza un análisis comparativo de los estados límites de fisuración, deformación, estado de servicio y último entre las distintas formas de armar.


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Resultados

Conclusiones: Secciones con armadura concentrada presentan mejor comportamiento que secciones con armadura distribuida.

En secciones con armadura concentrada donde se ha dispuesto armadura a compresión, la diferencia se reduce drásticamente siendo casi despreciable desde el punto de vista práctico.

• Recomendaciones para la disposición de armadura en elementos típicos de


Objetivo: Estudiar los problemas que se presentan al detallar la armadura en elementos de hormigón armado en edificación. Entregar recomendaciones para el detallamiento de armadura de elementos típicos de hormigón armado de manera de reducir en lo posible errores tales como mala interpretación de planos. Existe gran variedad de esquemas de armado que se pueden seguir. No todos son efectivos del punto de vista mecánico y de construcción. Se deben sugerir esquemas más eficientes. Las recomendaciones apuntan a establecer una práctica común y ajustada por quienes diseñan y construyen.

< 0,4 MMCONCENTRADA

DISM 4%DISM 4%AUM 17%< 0,4 MMDISTRIBUIDA

MOM. ULTIMOMOM. SERVICIODEFORMACIONFISURACIONMUROS

DISM 10%DISM 10%AUM 15%NUCLEAR

< 0,4 MMCONCENTRADA


MOM. ULTIMOMOM. SERVICIODEFORMACIONFISURACIONCOLUMNAS

< 0,4 MMCONCENTRADA


MOM. ULTIMOMOM. SERVICIODEFORMACIONFISURACIONVIGAS

< 0,4 MMCONCENTRADA


MOM. ULTIMOMOM. SERVICIODEFORMACIONFISURACIONMUROS

DISM 10%DISM 10%AUM 15%NUCLEAR

< 0,4 MMCONCENTRADA


MOM. ULTIMOMOM. SERVICIODEFORMACIONFISURACIONCOLUMNAS

< 0,4 MMCONCENTRADA


MOM. ULTIMOMOM. SERVICIODEFORMACIONFISURACIONVIGAS


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Para realizar este trabajo, se efectúa una revisión bibliográfica sobre aspectos conceptuales del armado de elementos de hormigón armado. Además se realizan visitas a oficinas de cálculo y obras en construcción. Elementos estudiados: Muros y encuentros de muros en “L”, “T” y “X”. Encuentros de muros con vigas. Losas y encuentro de losa con muros y vigas. Columnas y encuentros de viga – columna.

Como fundamento de diseño se toma código ACI 318-99 y ACI 315-94. Conclusiones: El detallamiento de armaduras en hormigón armado se relaciona principalmente con: anclaje, confinamiento y ubicación de barras.

Se brindan recomendaciones prácticas de armado. Para elegir alternativa siempre será importante considerar la experiencia y buen criterio de quien diseña en situaciones particulares.

La variedad de casos analizados permite prácticamente armar en forma completa un edificio de hormigón armado que no presente singularidades arquitectónicas.


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5.5. DISPOSICIONES DE CÓDIGOS TRADICIONALES • Criterios tradicionales utilizados en Chile en el diseño de muros de hormigón

armado. (Ref. 19).

Objetivo: Comparar conceptos y supuestos de análisis y diseño de edificios de hormigón armado estructurados con muros. Se identifican los principales conceptos presentes en normas de análisis y diseño. Se obtiene información y registros de instrumentación de tres edificios: dos de EE.UU y uno de Chile. Se realiza una encuesta a las principales oficinas de cálculo del país. Edificios estudiados.

Ubicación Nº Pisos Fecha Construcción San José, California 10 1971-1972 San José, California 10 1964

1967 22 Década 80 Normas Estudiadas. NCh 429 of 57 “Norma chilena hormigón armado, Parte I”. NCh 430 of 61 “Norma chilena hormigón armado, Parte II”. NZS 3101 “New Zeland Standard Part 1 1982”. ACI 318-95 “American Concrete Institute”. NCh 433 of 72 “Cálculo antisísmico de edificios”. NCh 433 of 93 “Diseño sísmico de edificios”.

Conclusiones: Los diseños nacionales presentan buen comportamiento durante sismos, debido a grandes densidades de muros, alta rigidez y resistencia. La NCh 433 está bien calibrada.

Los problemas de estructuración y detallamiento están solucionados en la práctica nacional basados en el ACI 318-95.

Los datos de la instrumentación de los edificios estudiados ratifican los buenos resultados teóricos obtenidos.

Se recomienda evitar la estructuración de edificios exclusivamente de marcos.


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Se recomienda utilizar densidades de muros mayores al 0,2 % para cada dirección.

Se debe contar con modelaciones adecuadas para: Entregar resistencia y rigidez. Ser cuidadoso con detallamiento de fuerzas, principalmente en puntos críticos para evitar la formación de rótulas plásticas.

Confinar de manera adecuada el hormigón. • Evaluación del desempeño de un edificio de hormigón armado diseñado con

la NCh 433 of 96. (Ref. 9).

Objetivo Verificar el comportamiento de una estructura de hormigón armado, según los requerimientos de la NCh 433 of 96. Se estudia un edificio de veinte pisos y dos subterráneos estructurado con muros de hormigón armado, que se diseño con ACI 318-99 con esfuerzos provenientes de la NCh 433 of 96. Se evalúa mediante análisis seccional. Los requerimientos de resistencia y ductilidad se estiman con un análisis dinámico no lineal utilizando registros de Viña del Mar S20 W y Lolleo N10 E, para registros nacionales, y en el caso de registros extranjeros, se tienen: Kobe JMA, Sylmar N00 E y Michoacán (Ciudad de México). Conclusiones: El edificio estudiado está en condiciones de responder de manera eficiente, frente a los registros nacionales, con daños leves en elementos no estructurales, pero no así frente a registros extranjeros, cuya fuerza destructiva es mayor.

• Herramientas de diseño para hormigón armado basado en el código ACI 318-

02. (Ref. 54).

Objetivo: Exponer las principales disposiciones y novedades del código ACI 318-02.

Los principales cambios radican en: factores de carga, factores de reducción y cambios de tratamiento a la flexión. En el trabajo se exponen disposiciones del ACI 318-99 y ACI 318-02, de manera de dejar claro puntos en común, y destacar las principales modificaciones.


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Se confeccionan ábacos para el diseño a flexo compresión y flexión biaxial de acuerdo con el nuevo código. Se desarrollan ejemplos básicos con ambos códigos y se comprueba que el ACI 318-02 entrega menor armadura a flexión. Este resultado es útil para reducir corte en diseño por capacidad. Conclusión: Código ACI 318-02 busca favorecer la ocurrencia de falla dúctil.

CAPÍTULO 6

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Capítulo 6 Conclusiones y Recomendaciones

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En este trabajo se ha revisado de manera general los temas investigados, relacionados con edificios de hormigón armado en los últimos años en Chile. La síntesis de cada uno de los temas acá presentados, cumple con el objetivo de orientar acerca de que trata cada trabajo. A continuación se presentan recomendaciones y conclusiones según los distintos temas tratados en esta memoria. ENSAYOS DE MUROS: Se han ensayado varias baterías de muros con diferentes tipos de hormigón armado y cuantías de acero, tipo de carga y conexión a la viga de fundación. En todos estos los momentos de fisuración teóricos, derivados de la fórmula que entrega el código del ACI, son mayores a los momentos de fisuración reales, lo que incide en una mayor cantidad de armadura longitudinal teórica en los muros. Esta diferencia se debe principalmente a la existencia de una concentración de tensiones en la interfaz muro – viga de fundación, lo que genera una distorsión del valor real del momento de fisuración.

El 1% de armadura longitudinal en, es un valor alto, basta con valores sobre el 0,3% para asegurar una respuesta segura, evitando fisuración concentrada en la base inferior del muro. Con el nivel indicado anteriormente la fisuración se distribuye en altura, lo que siempre es deseable en vez de una fisuración concentrada. MODELOS A ESCALA: En la UTFSM se ensayaron varios modelos a escala de edificios dañados durante el Terremoto de Marzo de 1985 con cargas monotónicamente crecientes tratando de reproducir su comportamiento, especialmente el estado de daño final.

Los modelos a escala estudiados, corresponden modelos de estructuras

afectadas por el sismo “Terremoto Chile Central” del año 1985. En general es difícil representar las condiciones reales del sismo con un ensayo lento de este tipo. Los modelos a escala presentan capacidades de deformaciones mucho mayor que lo esperado en estructuras reales.


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Lo anterior lleva a decir que en general estos ensayos no permitirían deducir claramente los orígenes de las fallas en los edificios reales. MATERIALES: En este punto se analizan aspectos referidos a trabajabilidad y resistencia del hormigón. En lo referente a la resistencia del hormigón, se estudia un sistema para predecir la resistencia del hormigón en el futuro, que entrega resultados positivos, comparado con proceso normal. Esto entrega una nueva herramienta concerniente a este punto. Con respecto a la trabajabilidad del hormigón, se analiza un proceso que permite medir la trabajabilidad del hormigón en terreno. Esto es de mucha utilidad, en lugares que no disponen de medios tales como laboratorios, para el buen control de la obra. ESTRUCTURACIÓN: La mayoría de los trabajos revisados se refieren a análisis no lineales de edificios con variadas estructuraciones, analizadas con diferentes softwares computacionales como SAP 2000, RUAMUOKO, LARDZ, etc… Se ha estudiado la factibilidad de diseñar un edificio de 60 pisos, resultando una estructuración con diagonales de acero rellenas de hormigón como lo más conveniente. La acción que controla el diseño es el sismo por la condición de corte mínimo, lo cual supera los requerimientos del viento de la norma ASCE – 95. Comparando distintas estructuraciones, tales como marcos y muros se aprecia que las estructuras de marcos se comportan bien frente a registros de sismos nacionales, pero con registros extranjeros, de mayor intensidad, se producen daños de importancia. En el caso de los muros se observa mayor resistencia general, incluso no tienen problemas ante registros extranjeros severos. También se ha analizado estructuras con rigidez variable en altura y piso blando. En este caso se recomienda mayores densidades de muros en los primeros pisos de manera de limitar los daños.


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FUNDACIONES: Se ha estudiado el tipo de fundaciones requerido en edificios de 60 pisos y el efecto del modelo usado de fundaciones en el comportamiento de los edificios (empotrado v/s fundación flexible). En el caso de un edificio de 60 pisos las fundaciones resultan de grandes dimensiones, tanto que se debe tener cuidado en el proceso constructivo, con el aumento de la temperatura de la masa de hormigón, que pueda producir fisuración en el hormigón (calor de hidratación). Además es recomendable evaluar el módulo de elasticidad del suelo a una profundidad mayor al sello de fundación, ya que la existencia de bulbos de presión podría aumentar las tensiones que se producen al interior de la masa de suelo. Debido a esto la influencia de las cargas llega a una profundidad mayor. Al incorporar el sistema de fundaciones dentro del análisis sísmico, se obtienen menos esfuerzos y mayores deformaciones, respecto al modelo empotrado, debido a la mayor flexibilidad de la estructura con fundaciones. TORSIÓN: Para evaluar el efecto de la torsión, se desplaza el centro de rigidez de un estructura, de manera de que aparezca el efecto de la torsión. Las variaciones en esta caso se manejan entorno a los límites permitidos por la NCh 433 of 96, y se comprueba que existen aumentos de esfuerzos en elementos extremos, el diseño no sufre variación por efectos de torción accidental. SISTEMAS ESPECIALES PARA DISIPACIÓN DE ENERGIA: Se ha estudiado varios sistemas de disipación de energía en edificación de hormigón armado, tales como tipo ADAS en dinteles, o muros mecedores. Del 2º tipo existe construcción en Espacio Riesco. Teóricamente se traduce este efecto en una disminución del corte distribuido en altura y de los esfuerzos debido a la incorporación de amortiguamiento y rigidez, lo que genera reducciones importantes en desplazamientos absolutos y esfuerzos en vigas.


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FILOSOFÍAS COMPLEMENTARIAS DE DISEÑO:

En este ítem se analizan criterios de diseño no tradicionales como diseño por capacidad, desempeño, comportamiento o desplazamientos. Al aplicar el método basado en comportamiento fijando el nivel de fuerzas, los resultados son similares a los del método tradicional. El método por desplazamientos no está calibrado para la práctica chilena en edificios altos. Se debe establecer definiciones para los sismos: frecuentes, ocasionales, rara ocurrencia y máximos, junto con espectros de desplazamientos representativos y afinar los procedimientos para determinar los desplazamientos máximos, altura efectiva, forma, etc.., en una estructura. En estructuras que presentan grandes diferencias de rigidez en la vertical se requieren de métodos de análisis diferentes a especificados en norma, destacándose posibilidad de análisis incremental, ya que permite determinar de mejor manera la capacidad de deformación y resistencia. La distribución de desplazamientos inelásticos en altura es creciente. DISPOSICIONES DE CÓDIGOS TRADICIONALES: Se verifica que el comportamiento de una estructura de hormigón armado, según los requerimientos de la NCh 433 of 96 responde de manera eficiente, frente a los registros nacionales, con daños leves en elementos no estructurales, pero no así frente a registros extranjeros, cuya fuerza destructiva es mayor. DETALLAMIENTO: En general se recomienda el confinamiento de los muros por medio de un refuerzo transversal en forma de estribos. Los muros confinados resisten un 25 % más de corte basal y soportan un 146 % más de deformación de techo. El confinamiento de armaduras juega un rol importante sólo en el caso que la estructura sea sometida durante su vida útil a un sismo mayor al de diseño.


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Además se comparan distintos tipos de distribuciones de armadura en muros obteniendo los siguientes resultados:

Secciones con armadura concentrada presentan comportamiento similar que secciones con armadura distribuida.

En secciones con armadura concentrada donde se ha dispuesto armadura a compresión, las diferencias de servicio se reducen drásticamente siendo casi despreciable desde el punto de vista práctico.

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