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El terremoto en Chile Central-2010Edificios dañados en Concepción y Viña del Mar.
Patricio Bonelli
Universidad Santa María
IntroducciónIntroducción
Edificio de Hormigón Armado en Maipú y ConcepciónMaipú y Concepción
TemasTemas
Reconocimientos
Edificios de hormigón armado,
Viña del Mar y Concepción
Edificio Aislado en la Base, Viña del MarEdificio Aislado en la Base, Viña del Mar
Reconocimientos:Reconocimientos:
A t H l b I tit t d l C t Augusto Holmberg, Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile
Rubén Boroscheck, Universidad de Chile
Leonardo Massone Universidad de Chile Leonardo Massone, Universidad de Chile
Equipos de reconocimiento i it tvisitantes:
EERI team of 20+
GEER team (ground motion and geotech)
UNAM Mexico team of 8
Canadian team of 5 Canadian team of 5
SEAW team of 5
French team
German team
Venezuela/Ecuador team
NSF-NEES NSF NEES
LA Tall Buildings Council
ATC team
ASCE team
AIJ & Concrete Institute of Japan
Especiales agradecimientos a:
José Restrepo Universidad de Califormia San DiegoSan Diego
Joe Maffei EERI team of 20+
AceleracionesAceleraciones …
Rubén Boroschek
Aceleraciones Desplazamientos …
Rubén Boroschek
Espectro de desplazamientosSismos con M >7 0 PGA>0 1 Suelo II Zona 2 5% 1985-2010Sismos con Mr>7.0, PGA>0.1, Suelo II, Zona 2, 5%, 1985-2010
Rubén Boroschek
Espectro de desplazamientosSismos con M >7 0 PGA>0 1 Suelo I Zona 3 5% 1985-2010Sismos con Mr>7.0, PGA>0.1, Suelo I, Zona 3, 5%, 1985-2010
Rubén Boroschek
Espectro de desplazamientosSismos con M >7 0 PGA>0 1 Suelo II Zona 3 5% 1985-2010Sismos con Mr>7.0, PGA>0.1, Suelo II, Zona 3, 5%, 1985-2010
Rubén Boroschek
Espectro de desplazamientosSismos con M >7 0 PGA>0 1 Suelo III Zona 3 5% 1985-2010Sismos con Mr>7.0, PGA>0.1, Suelo III, Zona 3, 5%, 1985-2010
Rubén Boroschek
Desplazamientos …
Rubén Boroschek
San Pedro, Concepción
Rubén Boroschek
Concepción Centro
Rubén Boroschek
Concepción CentroAceleraciones originales filtradas en una banda de periodos entre 1 y 3 segundosAceleraciones originales filtradas en una banda de periodos entre 1 y 3 segundos
11 ciclos mayores a 0.10 g y más de 20 ciclos mayores a 0.05 g.
Rubén Boroschek
Concepción Centro
Rubén Boroschek
Movimiento del suelo en ConcepciónMovimiento del suelo en Concepción
Concepción
Viña del Mar
Daños en estructuras de hormigón armadohormigón armado
Flexión con pandeo de la armadura longitudinal
Flexión con falla en compresión
Fallas de soportes de muros discontinuos Fallas de soportes de muros discontinuos
Fallas por corte
Flexión con falla en compresiónFlexión con falla en compresión
Edificio B Viña del Mar
Edificio Toledo Planta primer pisoEdificio Toledo Planta primer piso
Edificio B – Viña del Mar
Edificio B – Viña del MarEdificio B Viña del Mar
1.25% P=0.10 Ag fc’
Thomsen y Wallaceo se y a aceASCE journal 2004
Thomsen y Wallace ASCE journal 2004Thomsen y Wallace ASCE journal 2004
Thomsen y Wallace ASCE journal 2004Thomsen y Wallace ASCE journal 2004
1.25% P=0.10 Ag fc’
Thomsen y Wallace ASCE journal 2004Thomsen y Wallace ASCE journal 2004
Requerimientos de ductilidadRequerimientos de ductilidad
Espectro de demanda de desplazamiento 20 a 30 cm (T > 1s)
ATC 40 – “Target displacement”
C0 = 1.5, desp. techo (sobre 10 pisos) C1 = 1.0, período alto (inelast = elast) C2 = 1 a 1.2 (período alto, histéresis) C3 = ? (efecto P-d)
“ if ”(20 ) 2 * /(20*2 0) 0“Drift”(20 pisos)=25*1.5 /(20*270) = 0.7%Curvatura= 0.007/lp (400) = 0.000017/mm
≈400mm
DuctilidadDuctilidad
Respuesta de muros Tmuros T
Comportamiento asimétrico
TW2
Thomsen y Wallace, 2004TW1
Requerimientos de ductilidadRequerimientos de ductilidad
Respuesta de muros TC 0 007/l (400) Curvatura= 0.007/lp (400) = 0.000017/mm
Conf. Mod.
Conf.
NC
Conf. Mod.
Thomsen y Wallace, 2004(curvas descriptivas –difie en de l geomet í
NC
difieren de la geometría del muro real)
Ductilidad y dañosy
TW1 damage -TW1 damage -1.25% drift
Muro T –
TW2 damage—2 5% drift
Chile 2010 0.7%? drift
Thomsen y Wallace, 2004
TW2 damage 2.5% drift
Edificio B Viña del Mar
Flexión en muros con pandeo de la armadura longitudinal
Edificio A en Viña del Ma
Relación Momento-CurvaturaRelación Momento CurvaturaPandeo de una barra de refuerzo
sometida a cargas cíclicas (sh/db = 6)
José Restrepo
Relación Momento-CurvaturaRelación Momento CurvaturaPandeo de una barra de refuerzo
sometida a cargas cíclicas (sh/db = 9)
José Restrepo
Fractura de bajo ciclajeP d t ió !Pandeo en tracción!
José Restrepo
José RestrepoFractura de bajo ciclajeP d t ió !
pPandeo en tracción!
Fractura de bajo ciclaje
Pandeo de barras de refuerzo Demandas de
acortamiento de hormigón y barras de refuerzorefuerzo
Efecto L/db Armaduras transversales
dmuy separadas
Fractura por fatiga
Pandeo inelástico
Edificio – Terremoto Chile 2010
Falla por pandeo y fatiga
Pandeo de barras de frefuerzo L*/d ~ 20 ó 22
(otros 10 a 20) wtranv ~ 4d
(otros 4d a 6d) -> max - min > 7% -> Gran degradación de
compresión
Fatiga bajo ciclos
~20d ~22d~4d
g j 5 a 10 ciclos para
deformaciones altas (Brown & Kunnath, 2004± 3%, para L/d=6)
Edificio – Terremoto Chile 2010
Pandeo - Analítico
Pérdida de capacidad en compresión por pandeocompresión por pandeo
• Modelo de plasticidad concentradaVariación de L/d• Variación de L/d, max
L/d=14, ±0.03Con pandeo
Sin pandeoDegradación por pandeo
Massone et. al, 2010
Fatiga de bajo ciclog j
Brown & Kunnath (2004)
Edificio – Terremoto Chile 2010
Relación Momento-CurvaturaRelación Momento CurvaturaCarga axial constante
MMo
Siii Cv
ento
, M
Mn
1
Ec It
Si CiiiCiv Sii
Siii Cv o
SivCii
Mom
e
Mcr Ci
00
u’y
Curvatura de fluencia inicial(la menor entre Si y Cii)
Curvatura, 0 u y
Relación Momento-CurvaturaRelación Momento CurvaturaLímites de Desempeño en el Refuerzo Longitudinal
Sii) Deformación unitaria del 1% en la barra extrema a tracción
s(+)
(-)s =
C i i id l d
s
Consecuencia: grietas residuales pueden alcanzar 0.8 mm de ancho
Acción requerida: considere inyectar las i i l i l digrietas, especialmente si el medio
ambiente es agresivo
Relación Momento-CurvaturaRelación Momento Curvatura
Siii) Comienzo del pandeo
Límites de Desempeño en el Refuerzo LongitudinalSiii) Comienzo del pandeo
(+)c 10 h
b
sd
(-)
100b
s c
sh = hoop spacing
Consecuencia: ninguna, imperceptible, lo único que se nota es la pérdida del
s sh hoop spacingdb = long. bar diameter
único que se nota es la pérdida del recubrimiento
Acción requerida: se necesita restaurar el recubrimentorecubrimento
Relación Momento-CurvaturaRelación Momento CurvaturaLímites de Desempeño en el Refuerzo Longitudinal
Siv) Fractura del refuerzo longitudinal
c
414 hs
(+)
(-)
143 0.004
100 2b su
s c cd and
Consecuencia: pérdida rápida de la resistencia a
ssh = hoop spacingdb = long. bar diameter
Consecuencia: pérdida rápida de la resistencia a la flexión. Fin de la capacidad de rotación.
Acción requerida: reparaciones costosas, considere incluso la demolición del elementoconsidere incluso la demolición del elemento
Relación Momento-CurvaturaRelación Momento Curvatura
Siv) Fractura del refuerzo longitudinalLímites de Desempeño en el Refuerzo Longitudinal
Siv) Fractura del refuerzo longitudinal luego del pandeo
Microgrieta
Edificio C -ConcepciónEdificio C -Concepción
Edificio Centro Mayor plantasEdificio Centro Mayor plantas
Primer piso
Edificio Centro Mayor plantasEdificio Centro Mayor plantas
Segundo piso
Edificio C - -Concepción
Edificio C - -Concepción
Imaginación
Propagación de el agrietamiento
Edificio C -Concepción
Edificio C -Concepción
MurosMurosDaño acumulado en 1 nivelInclinación de edificiosInclinación de edificios
Edificio EEdificio EViña del Mar
Edificio FViña del Mar
Edificio FViña del Mar
Edificio FViña del Mar
Edificio E Viña del Mar
Efecto de columna corta en borde muro
Edificio E Viña del Mar
Efecto de columna corta en borde muroEfecto de columna corta en borde muro
Edificio G 1985
Efecto de modos superiores
La plastificación se produce en pisos superiores
Viña del Mar, 1985
Viña del Mar, 1985
Edificio G 2010
Efecto de modos superiores
La plastificación se produce en pisos superiores
Nuevos bordes agregándose armadura longitudinal
Edificio G
Viña del Mar
Acoplamiento de muros por Losas
Sistema resistente de Esqueleto - Espinas
Losa
ac
opla
daLo
sa
acop
lada
Fallas de compresión tracción en soportes de muros discontinuos
Edificio C -Concepción
Zona discontinuaEl muro debe tener una deformación compatible con las
deformaciones en las columnas.
La sección que está justo debajo de la losa se podría tratar como una sección de muro sin la parte que está entre las columnas, aplicando compatibilidad de desplazamientos.
X CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010
Modelo de análisis
X CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
6000 30 60 90 120 150
Curvatura X 1.0E-03 [1/m]
Car
ga A
xial
Nom
inal
[T]
Momento [Tm]
Resistencia nominal columna
Trayectoria de cargas columna comprimida
Trayectoria de cargas columna traccionada
Fluencia columna comprimida
Fluencia columna traccionada
Curvatura última con confinamiento
Curvatura última sin confinamiento
Demanda de curvatura
Fluenciaen la base del muro continuo
Al fluir el muro discontinuo, las columnas se comienzan a
deformar en doble curvatura
εsu=0.12 m/m
εcu=0.032 m/mLa columna opuesta queda traccionada
Curvatura máxima en la columna comprimidaal fallar el muro continuo
Diagrama de interacción y curvatura
X CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010
-1,000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600-100 -50 0 50 100
Car
ga a
xial
[T]
Momento [Tm]
Mn-Pn KobeLlolleo Viña Del Mar
-1,000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600-100 -50 0 50 100
Car
ga a
xial
[T]
Momento [Tm]
Mn-Pn Kobe LlolleoViña Del Mar Mu-Nu
Diagrama de interacción
Takeda con degradaciónX CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010
Machones
Edificio H Concepción
Concepción
Muros esbelto de hormigón armado con aberturas
Muros cortos (perforaciones en muros y ventanas)
Falla en dinteles y machones
Edificio O’Higgins
Edificio I Edificio H
Muro-viga o Spandrel –Leonardo Massone
Ej., Test 1• Pocas fisuras diagonales • Pequeñas fisuras atravesando la
junta de inicio de fisuración• ~50% caída de carga después
del peak de capacidad• Grandes deformaciones (2%)• Capacidad residual (~10 kips @
2% deformación) -1 -0.5 0 0.5 1Lateral Displacement (in)
-100
0
100
Late
ral L
oad
(kip
s)
-2 -1 0 1 2Drift (%)
0.3% def. 0.8% def. 1.2% def. 2% def.
pdrift
Test 1
Transferencias
Transferencias
Plantas Edificio Tricahue
Primer piso
Plantas Edificio Tricahue
Subterráneo
Aislación en la Base
Edificio JViña del Mar
Modificaciones inmediatas
Limitar carga axial en elementos que deben sostener desplazamientos laterales:
-0.25 fc’Ag en muros-0.50 fc’Ag en muros
Diagrama Carga Axial-Curvatura
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025
Curvatura [1/cm]
Ca
rga
Axi
al [
T]
0,003 0,00770,0085 0,00960,0102 0,01140,0133 0,01520,0164 0,3Agf'c0,7Agf'c
Capacidad de rotación en función de la carga axial y de la cantidad de armadura transversal
Modificaciones inmediatas
Si la carga axial en muros es menor que 0.25 fc’Ag , no es necesario confinar los bordes en los muros, pero debe restringirse el pandeo de las armaduras longitudinales.
Para ello se recomienda utilizar armadura transversal que amarre todas las armaduras verticales que estén a menos de 0.15 lw de los bordes.
Modificaciones inmediatas
Si la carga axial en muros es menor que 0.25 fc’Ag , no es necesario confinar los bordes en los muros, pero debe restringirse el pandeo de las armaduras longitudinales.
Las armaduras transversales que amarran las armaduras verticales que están a menos de 0.15 lw de los bordes deben tener un espaciamiento menor que seis veces el diámetro de la barra que amarran.
Modificaciones inmediatas
Todos los ganchos de estribos y amarras de confinamiento deben ser a 135 grados.
Confinar así No confina
Modificaciones inmediatas
Si la carga axial es mayor que 0.25 fc’Ag es necesario verificar la capacidad de deformación y confinar donde se esperen acortamientos unitarios en el hormigón mayores que 0.004.
Un método simplificado para decidirlo está en el ACI318-08, Art.21.9.6.2.
Modificaciones inmediatas
Si la carga axial es mayor que 0.25 fc’Ag es necesario verificar la capacidad de deformación y confinar donde se esperen acortamientos unitarios en el hormigón mayores que 0.004.
Si no se hace, se obtienen diseños muy frágiles, con fallas a desplazamientos relativos menores que 0.007
Cantidad de armadura de confinamiento y espaciamiento
Cantidad de armadura de confinamientoComportamiento del Concreto – Eficiencia de la Sección Confinada
Cantidad de armadura de confinamiento
P
Sección Detalle
-εc
-fc
3
2
1
21
M
Relaciones Esfuerzo-Deformación
3
Modificaciones propuestas al ACI318-08 Concrete International, nov-dic 2009.
Modificaciones propuestas para el ACI318
Aplicar diseño por capacidad para determinar la carga axial y el corte en muros, considerando el efecto de acoplamiento de las losas.
Modificaciones inmediatas
Agregar restricciones de esbeltez para evitar el pandeo transversal del elemento de borde y el panel
Para ello estudiar recomendaciones de la norma neozelandesa y canadiense
Modificaciones inmediatas NCh433
Ya está escrito el borrador de la nueva NCh433.
Revisar espectros de desplazamientos.
Evitar aumentar la resistencia suministrada en zonas críticas, aumenta las demandas.
Estudiar el efecto de la resistencia en la demanda de desplazamientos.
Se introduce un Apéndice que permite el diseño por desplazamientos
Modificaciones de emergencia a la NCh433Of.96
Se sustituyen los espectros de diseño por los contenidos en la norma de aislación basal NCh2745.
Se introduce el término Cd del ASCE7-05 para calcular los desplazamientos de diseño, Cd se toma igual al factor de reducción de respuesta resultante.
Se limita la deriva de diseño a 0.01 para lograr un buen desempeño.
Efecto de la resistencia en los desplazamientos y en los daños
PLANTA PISO Tipo Edificio de doce pisos
Demanda global de resistenciaVIÑA S20W E1
-60-50-40-30-20-10
0102030405060
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
% Desplazamiento Techo
Cor
te B
asal
[% W
]
VIÑA S20W E2
-60-50-40-30-20-10
0102030405060
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
% Desplazamiento Techo
MÉXICO E1
-60-50-40-30-20-10
0102030405060
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
% Desplazamiento Techo
Cor
te B
asal
[% W
]
Registro [Tf] [% W] [Tf] [% W]Viña 2,414 34.56 2,131 30.51Llolleo 3,695 52.91 3,179 45.52México 1,504 21.53 1,488 21.31North. 3,492 50.00 2,582 36.97Kobe 3,096 44.33 2,715 38.87
Diseño según NCh433.Of96
Diseño por desplazamientos
Demanda local en muros rectangulares – 12pisosHistoria en el tiempo de Momento-Curvatura en la base
VIÑA E1
-3,000
-2,000
-1,000
0
1,000
2,000
3,000
-0.0035 -0.0025 -0.0015 -0.0005 0.0005 0.0015 0.0025 0.0035
Curvatura [1/m]
Mom
ento
[Tf]
VIÑA E2
-3,000
-2,000
-1,000
0
1,000
2,000
3,000
-0.0035 -0.0025 -0.0015 -0.0005 0.0005 0.0015 0.0025 0.0035
Curvatura [1/m]
NORTHRIDGE E1
-3,000
-2,000
-1,000
0
1,000
2,000
3,000
-0.0035 -0.0025 -0.0015 -0.0005 0.0005 0.0015 0.0025 0.0035
Curvatura [1/m]
Mom
ento
[Tf]
Ensayo monotónicoAcortamiento maximo Ho sin confinar
NORTHRIDGE E2
-3,000
-2,000
-1,000
0
1,000
2,000
3,000
-0.0035 -0.0025 -0.0015 -0.0005 0.0005 0.0015 0.0025 0.0035
Curvatura [1/m]
0
500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009Curvatura [1/m]
Mom
ento
[Tf-
m]
ViñaLlolleoMéxicoNorthridgeKobe
Se requiere confinar bordes
Diseño según NCh433Of.96
Diseño por desplazamientos
Diseño según NCh433Of.96
16φ22 16φ22
V φ8@ 20 A.C.
Diseño por desplazamientos
8φ18 V φ8@ 20 A.C.
8φ18
Muro rectangularedificio de 12pisos
CAPACIDAD DE DEFORMACIÓN Y RESISTENCIAEdificio de doce pisos
0
10
20
30
40
50
60
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00
Desplazamiento del Techo [% H]
Cor
te B
asal
[% P
eso]
Fluencia en la base de Muro T+
Fluencia en la base de muro T-
Formación del mecanismo de
colapso
Falla al corte en la base de muros rectangulares
Fluencia en 2º Piso de muro T+
εcu=0.004 en la base de muro T-
εcu=0.004 en la base de muro rectangular
Fluencia en 2º Piso de muro T-
εcu=0.004 en la base de muro T+
Falla por aplastamiento del
hormigón confinado (εcu=0.01) en la base de muro T-
Edificio diseñado según la norma NCh433Of.96
0102030405060708090
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2Desplazamiento del techo [%H]
Cor
te b
asal
[% P
eso]
Carga uniforme, E1 Carga triangular, E1Carga uniforme, E2 Carga triangular, E2Pto. de falla Ho no confinado Pto. de falla Ho confiadoElástico NCh433
La capacidad dedeformación no cambiacon la resistencia.
Los factores dereducción a la fluenciaglobal son del orden de2.1 a 2.7 en el diseñocon la norma chilena
En el diseño pordesplazamientosresultan entre 3.6 y 4.6.
Vbasal% W
83.61 1.0016.23 5.15
Triangular 31.40 2.66Uniforme 40.49 2.07Triangular 18.10 4.62Uniforme 23.31 3.59
R**Valor
Diseño con NCh433Diseño por deslpazamientos
Corte Reducido NCh433Corte elástico NCh433
Edificio de 12 pisos
20-floor concrete frame beam rotation vs base shear coefficient
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Vo/W
Rot
atio
n (R
adia
ns)
Niveles de comportamiento estructural.
(5)(4)(3)(2)
SA
SD(1)
Fuerzasísmica
Desplazamiento
Envolvente de respuesta estructural
FluenciaNominal Colapso
Nominal
∆ Y ∆ P = capacidad de desplazamiento inelástico
∆P
∆P
∆P
∆P
0.3 0.3 0.20.2N
ivel
1
Niv
el 2
Niv
el 3
Niv
el 4
Niv
el 5
(IDDR: índice de demanda de desplazamiento inelástica)
reflexiones
En el estudio de edificios dañados y en los proyectos de reparación o de refuerzo, los estudios deben ser analíticos, con métodos no lineales, basándose en resultados experimentales.
Los resultados analíticos deben compararse con lo observado y en caso necesario, con nuevos ensayos que confirmen o rechacen las explicaciones propuestas.
reflexiones
El edificio responde al sismo con la estructura como está construida y con las propiedades de los materiales que tienen en ese instante
Muchas gracias por la atención
FIN
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