PROYECTO DE REGLAMENTO ARGENTINO
PARA CONSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES
PARTE II CONSTRUCCIONES DE
HORMIGÓN ARMADO
EDICIÓN JULIO 2020
INPRES
Rogert Balet Nº 47 Norte (5400) San Juan Tel.: (54 264) 4239016 – 4239010 – PBX FAX: (54 264) 4234463 e-mail: giuliano@inpres.gob.ar Internet: https://www.inpres.gob.ar
DIRECTOR NACIONAL:
ING. ALEJANDRO P. GIULIANO
DIRECTORA EJECUTIVA:
DRA. PATRICIA ALVARADO
INTI CIRSOC
Av. Cabildo 65 – Subsuelo Ala Savio (C1426AAA) Buenos Aires
Telefax: (54 11) 4779-3182 / 3183 / 3184
e-mail: cirsoc@inti.gob.ar
cirsoc@fm.gob.ar
Internet: https://www.inti.gob.ar/areas/ servicios-industriales/construcciones-einfraestructura/cirsoc
DIRECTORA TÉCNICA:
ING. MARTA S. PARMIGIANI
© 2020
Editado por INTI INSTITUTO NACIONAL DE TECNOLOGÍA INDUSTRIAL Av. Leandro N. Alem 1067 – 7º piso – Buenos Aires. Tel. 4515-5000/5001
Queda hecho el depósito que fija la ley 11.723. Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción parcial o total sin autorización escrita del editor. Impreso en la Argentina. Printed in Argentina.
INTI CIRSOC
ORGANISMOS PROMOTORES
Ministerio de Obras Públicas Secretaria de Obras Públicas Instituto Nacional de Tecnología Industrial Instituto Nacional de Prevención Sísmica Consejo Interprovincial de Ministros de Obras Públicas Ministerio de Hacienda, Finanzas y Obras Públicas de la Provincia del Neuquén Consejo Interprovincial de Ministros de Obras Públicas Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires Dirección Nacional de Vialidad Dirección de Vialidad de la Provincia de Buenos Aires Consejo Vial Federal Cámara Argentina de la Construcción Consejo Profesional de Ingeniería Civil Asociación de Fabricantes de Cemento Pórtland Instituto Argentino de Normalización Techint Acindar
MIEMBROS ADHERENTES
Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón Asociación Argentina de Hormigón Estructural Asociación Argentina de Hormigón Elaborado Asociación Argentina del Bloque de Hormigón Asociación de Ingenieros Estructurales Cámara Industrial de Cerámica Roja Centro Argentino de Ingenieros Instituto Argentino de Siderurgia Transportadora Gas del Sur Quasdam Ingeniería Sociedad Argentina de Ingeniería Geotécnica Colegio de Ingenieros de la Provincia de Buenos Aires Cámara Argentina del Aluminio y Metales Afines Cámara Argentina de Empresas de Fundaciones de Ingeniería civil Federación Argentina de la Ingeniería Civil Consejo Profesional de Agrimensores, Ingenieros y Profesiones Afines de Salta
Este Proyecto de la Parte II, “Construcciones de Hormigón Armado”, del Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes INPRES-CIRSOC 103, surge de un esfuerzo conjunto entre las siguientes instituciones y sus respectivos representantes:
Instituto Nacional de Prevención Sísmica Ing. Alejandro Giuliano Dra. Patricia Alvarado Ing. N. Silvana Bustos Ing. Daniel Alejandro Yañez
Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para las Obras Civiles Ing. Marta S. Parmigiani
Universidad Nacional de Cuyo – Facultad de Ingeniería Dr. Ing. Francisco Javier Crisafulli Ing. José Giunta Ms. Sc. Ing. Carlos Ricardo Llopiz Ing. Agustín Benito Reboredo
Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Mendoza Ing. Eduardo Balasch Dr. Ing. Carlos Daniel Frau Ing. Daniel García Gei Dr. Ing. Noemí Graciela Maldonado Ing. Eduardo Daniel Quiroga
Consejo Profesional de Ingenieros y Geólogos de Mendoza Ing. Raúl Héctor Delle Donne Ing. Roberto R. Nesossi
Centro de Ingenieros de Mendoza Ing. Juan Camps Ing. Norberto González Ing. Raúl Giménez Mathus
La comisión redactora estuvo compuesta por los siguientes profesionales: Ing. N. Silvana Bustos Ing. Juan Camps Dr. Ing. Francisco Javier Crisafulli Dr. Ing. Carlos Daniel Frau Ing. Alejandro Giuliano Ms. Sc. Ing. Carlos Ricardo Llopiz Ing. Eduardo Daniel Quiroga Ing. Agustín Benito Reboredo Ing. Daniel Alejandro Yañez
Agradecimiento especial: Se agradece la valiosa colaboración de los Ingenieros Eduardo Javier Vega, Agustín Fusari, y Federico Gabriel Fernandez, por sus aportes al presente documento.
PRÓLOGO A LA 2° EDICIÓN (2020)
La experiencia acumulada durante los últimos años, ha demostrado que los profesionales involucrados en el diseño sísmico de estructuras han tenido inconvenientes en la aplicación efectiva de las prescripciones contenidas en la Parte II, “CONSTRUCCIONES DE HORMIGÓN ARMADO” del REGLAMENTO ARGENTINO PARA CONSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES INPRES-CIRSOC 103 edición 2005, lo que ha conducido, en muchos casos, a diseños inadecuados que se alejan del espíritu reglamentario.
Esta experiencia, así como las consultas, comentarios, observaciones y propuestas recibidas durante su vigencia legal han puesto de manifiesto la necesidad de transparentar dichas prescripciones, las cuales, sin modificarse en mayor medida, se han ampliado y aclarado en este Proyecto de Reglamento, con abundante material gráfico incorporado a los Comentarios.
Se ha considerado conveniente presentar esta edición en formato unificado, incluyendo los Comentarios en el cuerpo principal del Proyecto de Reglamento, inmediatamente después de las prescripciones reglamentarias, recuadrados con fondo grisáceo, de manera tal que el diseñador encuentre rápidamente los fundamentos y aclaraciones sin la necesidad de consultar otro documento.
Este Proyecto de Reglamento continuará funcionando en conjunto con el REGLAMENTO CIRSOC 201 edición 2005 actualmente vigente.
Los cambios introducidos, que además reflejan los últimos desarrollos de las normas de ingeniería sísmica en el mundo, permitirán lograr una aplicación más efectiva de la Parte II del REGLAMENTO INPRES-CIRSOC 103, con el objetivo básico de reducir el riesgo sísmico.
Inga. Marta S. PARMIGIANI
Directora Técnica INTI-CIRSOC
Ing. Alejandro P. GIULIANO
Director Nacional INPRES
Metodología para el envío de observaciones, comentarios y sugerencias al:
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
PARTE II – Construcciones de Hormigón Armado
en Discusión Pública Nacional (1 de septiembre de 2020 - 30 de diciembre de 2020)
Las observaciones, comentarios y sugerencias se deberán enviar a la Sede del INTI-CIRSOC, Av. Cabildo 65, Subsuelo Ala Savio (C1426AAA) Buenos Aires, hasta el 30 de diciembre de 2020, siguiendo la metodología que a continuación se describe:
1. Se deberá identificar claramente el Proyecto de Reglamento que se analiza, como así también el artículo y párrafo que se observa.
2. Las observaciones se deberán acompañar de su fundamentación y de una redacción alternativa con el fin de que el coordinador del proyecto observado comprenda claramente el espíritu de la observación.
3. Las observaciones, comentarios y sugerencias se deberán presentar por escrito, firmadas y con aclaración de firma, y se deberán enviar por correo o entregarse en mano. Se solicita detallar Dirección, Tel, Fax, e-mail con el fin de facilitar la comunicación.
4. No se aceptarán observaciones enviadas por fax o e-mail, dado que estos medios no permiten certificar la autenticidad de la firma del autor de la observación.
Confiamos en que este Proyecto le interese y participe activamente.
Gracias
ÍNDICE
CAPÍTULO 1. REQUISITOS GENERALES
1.0. SIMBOLOGÍA
1
1.1. CAMPO DE VALIDEZ
2
1.2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
4
1.2.1. Hormigón
5
1.2.2. Acero
5
1.3. COMBINACIONES DE ACCIONES
7
1.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS
7
1.5. MÉTODO DE DISEÑO
9
1.5.1. Diseño por resistencia
9
1.5.2. Diseño por estabilidad
11
1.5.3. Diseño por capacidad
11
1.6. SISTEMAS ESTRUCTURALES SISMORRESISTENTES
13
1.6.1. Pórticos sismorresistentes
14
1.6.2. Tabiques sismorresistentes
15
1.6.3. Sistemas pórtico tabique sismorresistentes
16
1.6.4. Otros sistemas estructurales sismorresistentes
17
1.7. GLOSARIO
17
CAPÍTULO 2. PÓRTICOS SISMORRESISTENTES DE HORMIGÓN ARMADO
2.0. SIMBOLOGÍA
21
2.1. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO
25
2.2. DISEÑO DE VIGAS
27
2.2.1. Limitaciones dimensionales
27
2.2.2. Rigidez
29
2.2.3. Diseño a flexión
29
2.2.4. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas
33
2.2.5. Armadura longitudinal
35
2.2.6. Armadura transversal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
39
2.2.7. Diseño a corte
43
2.2.8. Armadura de corte
47
2.2.9. Anclajes
51
2.2.10. Empalmes
58
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
I
2.3. DISEÑO DE COLUMNAS
60
2.3.1. Limitaciones dimensionales
60
2.3.2. Rigidez
61
2.3.3. Factor de sobrerresistencia flexional de vigas
61
2.3.4. Diseño a flexión y esfuerzo axial
62
2.3.5. Longitud de la zona de formación potencial de rótulas plásticas
71
2.3.6. Armadura longitudinal
74
2.3.7. Armadura transversal
75
2.3.8. Diseño a corte
84
2.3.9. Armadura de corte
92
2.3.10. Anclajes
93
2.3.11. Empalmes
96
2.4. DISEÑO DE NUDOS VIGA-COLUMNA
97
2.4.1. Área efectiva del nudo
97
2.4.2. Esfuerzo de corte en el nudo
98
2.4.3. Máximo esfuerzo de corte horizontal en el nudo
101
2.4.4. Anclajes
102
2.4.5. Armadura transversal
102
2.4.6. Armadura vertical
103
2.4.7. Nudos con columnas anchas y vigas angostas
103
2.4.8. Nudos excéntricos
104
CAPÍTULO 3. TABIQUES SISMORRESISTENTES DE HORMIGÓN ARMADO
3.0. SIMBOLOGÍA
105
3.1. CLASIFICACIÓN
109
3.1.1. Tabiques sismorresistentes en voladizo
109
3.1.2. Tabiques sismorresistentes acoplados
109
3.2. CONSIDERACIÓN SECCIONAL
110
3.3. LIMITACIONES DIMENSIONALES
110
3.4. RIGIDEZ
114
3.4.1. Rigidez efectiva de tabiques
114
3.4.2. Rigidez efectiva de vigas de acoplamiento
114
3.5. DISEÑO A FLEXIÓN Y ESFUERZO AXIAL
115
3.5.1. Resistencia requerida a flexión - Mu - y esfuerzo axial requerido - Pu -
115
3.5.2. Resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial
116
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
II
3.5.3. Longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica
117
3.5.4. Armadura longitudinal
117
3.5.5. Interrupción en altura de la armadura longitudinal
119
3.5.6. Armadura transversal
120
3.6. DISEÑO A CORTE
124
3.6.1. Resistencia requerida a corte - Vu -
124
3.6.2. Máxima resistencia requerida a corte Vu
125
3.6.3. Resistencia nominal a corte - Vn -
126
3.6.4. Armadura de corte
128
3.7. EMPALMES Y ANCLAJES
129
3.7.1. Empalme de armadura longitudinal por yuxtaposición
129
3.7.2. Escalonamiento de empalmes de armadura longitudinal por yuxtaposición
129
3.7.3. Empalmes soldados o con conectores mecánicos
130
3.7.4. Anclaje de la armadura horizontal de corte en los extremos de tabiques
130
3.7.5. Anclaje de la armadura horizontal de corte en el ala de tabiques
132
3.7.6. Empalme de la armadura horizontal de corte
133
3.8. REQUERIMIENTOS ADICIONALES PARA TABIQUES SISMORRESISTENTES
ACOPLADOS
133
3.8.1. Diseño de vigas de acoplamiento
133
3.8.2. Diseño de tabiques
137
3.9. REQUERIMIENTOS ADICIONALES PARA TABIQUES SISMORRESISTENTES
POCO ESBELTOS
140
3.9.1. Diseño a corte por deslizamiento
141
3.9.2. Armadura horizontal
145
3.9.3. Armadura vertical
146
3.9.4. Tabiques con aberturas dispuestas en forma irregular
146
CAPÍTULO 4. SISTEMAS PÓRTICO-TABIQUE SISMORRESISTENTES DE HORMIGÓN ARMADO
4.0. SIMBOLOGÍA
147
4.1. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO
148
4.1.1. Factor de reducción de la estructura
148
4.2. DISEÑO DE PÓRTICOS
149
4.2.1. Diseño de vigas
149
4.2.2. Diseño de columnas
149
4.3. DISEÑO DE TABIQUES
152
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
III
4.3.1. Interrupción en altura de la armadura longitudinal
152
4.3.2. Resistencia requerida a corte - Vu -
153
CAPÍTULO 5. DIAFRAGMAS
5.1. CAMPO DE VALIDEZ
155
5.2. ACCIONES SÍSMICAS REQUERIDAS
155
5.3. DIAFRAGMAS DE HORMIGÓN COLADO IN SITU
156
5.4. DIAFRAGMAS CONSTITUIDOS POR ELEMENTOS PREMOLDEADOS
157
CAPÍTULO 6. FUNDACIONES
6.0. SIMBOLOGÍA
159
6.1. CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO
159
6.2. CLASIFICACIÓN
159
6.3. FUNDACIONES PARA SUPERESTRUCTURAS CON RESPUESTA DÚCTIL
160
6.4. FUNDACIONES PARA SUPERESTRUCTURAS CON RESPUESTA ELÁSTICA 161
6.4.1. Fundaciones con respuesta elástica
161
6.4.2. Fundaciones con respuesta dúctil
161
6.4.3. Fundaciones para tabiques sismorresistentes con giro rígido
162
6.5. FUNDACIONES PARA ESTRUCTURAS CON RESPUESTA DÚCTIL
162
6.6. REQUERIMIENTOS ESPECIALES PARA PILOTES
163
6.6.1. Zonas de formación potencial de rótulas plásticas
163
6.6.2. Armadura
163
6.6.3. Cabezales de pilotes
164
CAPÍTULO 7. ESTRUCTURAS CON DUCTILIDAD LIMITADA
7.0. SIMBOLOGÍA
165
7.1. CAMPO DE VALIDEZ
167
7.2. REQUISITOS GENERALES
168
7.3. PÓRTICOS SISMORRESISTENTES
169
7.3.1. Mecanismo de colapso
169
7.3.2. Diseño de vigas
177
7.3.3. Diseño de columnas
179
7.4. TABIQUES SISMORRESISTENTES
187
7.4.1. Requerimientos generales de diseño
187
7.4.2. Limitaciones dimensionales
188
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
IV
7.4.3. Armadura longitudinal
188
7.4.4. Armadura transversal para control del pandeo de las barras longitudinales
189
7.4.5. Confinamiento de la zona comprimida
189
7.4.6. Diseño a corte
190
7.4.7. Empalmes
191
7.4.8. Tabiques acoplados
191
7.4.9. Tabiques poco esbeltos
192
7.5. SISTEMAS PORTICO TABIQUE
192
7.5.1. Requisitos generales de diseño
192
7.5.2. Factor de reducción de la estructura
192
7.6. NUDOS VIGAS-COLUMNAS
193
7.7. DIAFRAGMAS
193
REFERENCIAS
195
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
V
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1. Características de endurecimiento de los aceros
6
Tabla 1.2. Factores de reducción de resistencia
10
Tabla 2.1. Momento de inercia efectivo de la sección de vigas
29
Tabla 2.2. Momento de Inercia efectivo de la sección de columnas
61
Tabla 2.3. Factor de reducción de momento Rm
69
Tabla 2.4. Factor de reducción de la carga axial inducida por la acción sísmica Rv 70
Tabla 3.1. Momento de inercia efectivo de la sección de tabiques
114
Tabla 3.2. Momento de inercia efectivo de la sección de vigas de acoplamiento
114
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Ancho máximo de vigas.
28
Figura 2.2. Ancho efectivo de colaboración de la losa (be), en vigas T y L
construidas monolíticamente con la losa.
32
Figura 2.3. Número de barras de la losa que colaboran con la resistencia flexional
de la viga.
32
Figura 2.4. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas
cuando la sección crítica se ubica en la cara de la columna y en el
tramo de la viga.
34
Figura 2.5. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas
cuando la sección crítica se aleja de la cara del apoyo.
34
Figura 2.6. Disposición y área de la sección de estribos en las zonas de formación
potencial de rótulas plásticas, considerando que fy = fyt y una
separación s = 6db.
41
Figura 2.7. Anclaje de la armadura longitudinal de una viga cuando la sección
crítica de formación potencial de rótula plástica está en la cara de la
columna.
54
Figura 2.8. Anclaje de la armadura longitudinal de una viga cuando la sección
crítica de formación potencial de rótula plástica está a una distancia de
la cara de la columna de al menos la altura de la viga o a 500 mm.
54
Figura 2.9. Anclaje de la armadura longitudinal en la prolongación de una viga.
57
Figura 2.10. Disposición de barras adicionales para reducir la longitud de anclaje.
57
Figura 2.11. Confinamiento en empalmes por yuxtaposición.
59
Figura 2.12. Factor de amplificación dinámica ω para columnas de pórticos.
66
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
VI
Figura 2.13. Momentos requeridos en columnas en los pisos inferiores de un
pórtico.
66
Figura 2.14. Amplificación de momentos de columnas con acción de voladizo, en
los pisos inferiores de un pórtico.
68
Figura 2.15. Determinación de la longitud de la zona de formación potencial de
rótula plástica (lp) en columnas que presentan un punto de inflexión
dentro del piso.
72
Figura 2.16. Determinación de la longitud de la zona de formación potencial de
rótula plástica (lp) en columnas que no presentan un punto de inflexión
dentro del piso.
73
Figura 2.17. Detalles de armadura transversal de columnas rectangulares en zona
de rótula plástica.
77
Figura 2.18. Confinamiento en empalmes por yuxtaposición en columnas circulares. 97
Figura 2.19. Ancho efectivo del nudo.
98
Figura 2.20. Diagrama de cuerpo libre de un nudo interior con vigas armadas
convencionalmente.
98
Figura 2.21. Corte horizontal en un nudo interno, con viga armada
convencionalmente.
99
Figura 2.22. Corte horizontal en un nudo interno, con vigas con armadura en las
caras laterales.
99
Figura 2.23. Corte horizontal en un nudo externo, con viga armada
convencionalmente.
100
Figura 2.24. Variables para la determinación del esfuerzo de corte en la columna
Vcol para diseño de los nudos.
101
Figura 2.25. Disposición de armadura vertical en nudos.
103
Figura 2.26. Detalle de armaduras en nudos con columnas anchas y vigas
angostas.
104
Figura 3.1. Mecanismos de resistencia flexional en tabiques sismorresistentes.
109
Figura 3.2. Dimensiones mínimas de los elementos de borde en las zonas de
formación potencial de rótulas plásticas.
113
Figura 3.3. Definición de los sectores extremos de la sección transversal de un
tabique sismorresistente, en la zona de formación potencial de rótula
plástica.
118
Figura 3.4. Envolvente de la resistencia requerida a flexión para tabiques en
voladizo.
119
Figura 3.5. Armadura transversal en zona de formación potencial de rótula
plástica.
121
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
VII
Figura 3.6. Zonas de armadura transversal de acuerdo con el artículo 3.5.6.
123
Figura 3.7. Estribos requeridos en empalmes por yuxtaposición.
129
Figura 3.8. Detalle de armado de vigas de acoplamiento con confinamiento
individual de la diagonal.
136
Figura 3.9. Detalle de armado de vigas de acoplamiento con confinamiento
general.
137
Figura 3.10. Área efectiva para determinar la fricción por corte.
141
Figura 3.11. Disposición de las armaduras diagonales en tabiques
sismorresistentes pocos esbeltos.
143
Figura 3.12. Modelo biela-tirante para tabiques poco esbeltos con aberturas
dispuestas en forma irregular.
146
Figura 4.1. Factor de amplificación dinámica ω para momentos de columnas en
sistemas pórtico tabique.
150
Figura 4.2. Diagrama envolvente de la resistencia requerida a flexión para
tabiques en sistemas pórtico tabique.
152
Figura 4.3. Diagrama envolvente de la resistencia requerida a corte para tabiques
en sistemas pórtico tabique.
154
Figura 5.1. Modelo para el análisis de diafragmas de hormigón armado colados in
situ utilizando un campo en compresión diagonal.
156
Figura 5.2. Modelo para el análisis de diafragmas de hormigón armado
constituidos por elementos premoldeados utilizando un campo en
tracción diagonal.
157
Figura 5.3. Armadura adicional para desarrollar un campo en tracción diagonal en
la capa de compresión de diafragmas con elementos premoldeados.
158
Figura C1.1. Diseño por resistencia y por capacidad de un pórtico.
14
Figura C1.2. Diseño por resistencia y por capacidad de un tabique en voladizo.
16
Figura C2.1. Mecanismo de colapso en edificios aporticados de varios pisos.
26
Figura C2.2. Esquema de armaduras para determinación de la cuantía en vigas.
36
Figura C2.3. Restricción al pandeo de una segunda capa de barras longitudinales,
considerando que fy = fyt, y una separación s = 6db.
40
Figura C2.4. Determinación del esfuerzo de corte último Vu en vigas.
44
Figura C2.5. Área efectiva de corte en vigas.
47
Figura C2.6. Armadura diagonal para control del deslizamiento por corte en zonas
de formación potencial de rótulas plásticas.
49
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
VIII
Figura C2.7. Diagrama de momento envolvente para interrupción de la armadura
longitudinal en la mitad izquierda de la viga.
52
Figura C2.8. Ejemplo de Interrupción de barras longitudinales en vigas.
53
Figura C2.9. Identificación del tipo de columna y el requerimiento de confinamiento. 76
Figura C2.10. Ejemplos de disposición de armadura transversal en zona de rótula
plástica en una columna cuadrada, considerando que fy = fyt, y una
separación s = 6db.
81
Figura C2.11. Ejemplos para la determinación del área efectiva de corte en
columnas.
89
Figura C2.12. Área efectiva de la armadura longitudinal traccionada en columnas.
89
Figura C2.13. Ejemplos para la determinación de la armadura de corte total en
columnas cuadradas.
90
Figura C2.14. Ejemplos para la determinación de la resistencia nominal a corte
proporcionada por estribos en columnas circulares.
91
Figura C3.1. Determinación del grado de acoplamiento A en sistemas con más de
dos tabiques acoplados o tabiques acoplados con columnas.
110
Figura C3.2. Sección crítica en tabiques sismorresistentes.
115
Figura C3.3. Estimación del ancho efectivo de alas en tabiques sismorresistentes.
117
Figura C3.4. Escalonamiento de empalmes por yuxtaposición de la armadura
longitudinal de tabiques.
130
Figura C3.5. Anclaje de la armadura horizontal de corte en los extremos de
tabiques.
131
Figura C3.6. Anclaje de la armadura horizontal de corte en el ala de tabiques.
132
Figura C3.7. Empalme de la armadura horizontal de corte en tabiques.
134
Figura C3.8. Factor de sobrerresistencia para un sistema de tres tabiques
acoplados.
139
Figura C3.9. Armaduras horizontales para control de la tracción diagonal en
tabiques poco esbeltos.
145
Figura C7.1. Sistemas estructurales con ductilidad limitada.
168
Figura C7.2. Vigas con rótulas plásticas ubicadas en el tramo.
170
Figura C7.3. Pórticos con mecanismo de colapso de viga parcial.
175
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
IX
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
X
CAPÍTULO 1. REQUISITOS GENERALES
1.0. SIMBOLOGÍA
Ca parámetro característico del espectro de diseño elástico para acciones horizontales para Estado Límite Último, que figura en Tabla 3.1 del Capítulo 3 del Reglamento
INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018.
D
acción permanente, compuesta por el peso de todos los componentes estructurales
o no, equipos e instalaciones fijados permanentemente a la estructura, en N.
E
efecto total de la acción sísmica, en N.
EH efecto horizontal de la acción sísmica, en N.
EV efecto vertical de la acción sísmica, en N.
L
sobrecarga debida a la ocupación y a los equipos móviles, en N.
R
factor de reducción global, según Capítulo 5 del Reglamento INPRES-CIRSOC 103
– Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018.
S
acción de la nieve, en N.
f´c resistencia especificada a la compresión del hormigón, en MPa. Según el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
f1
factor de participación de la sobrecarga de ocupación o de uso.
f2
factor de participación de la sobrecarga de nieve.
fu
tensión máxima a tracción de la armadura (corresponde a la resistencia a la tracción
de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
fy
tensión de fluencia especificada de la armadura longitudinal (corresponde al límite de
fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
fyt tensión de fluencia especificada de la armadura transversal (corresponde al límite de fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
factor de reducción de resistencia.
bo factor de sobrerresistencia flexional de vigas. oc factor de sobrerresistencia flexional de columnas. u alargamiento de rotura característico, en %.
r
factor de riesgo, según artículo 2.4. del Capítulo 2 del Reglamento INPRES-CIRSOC
103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 1
1.1. CAMPO DE VALIDEZ
En esta Parte II se establecen los requerimientos mínimos para el diseño y la construcción de estructuras sismorresistentes de hormigón armado, en las cuales las acciones sísmicas de diseño se han determinado considerando que las estructuras deban ser capaces de disipar energía por deformaciones inelásticas.
Estos requerimientos complementan, para dichos tipos de estructuras, las prescripciones contenidas en el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018 y las correspondientes al Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, cuyos principios y requerimientos deberán aplicarse con carácter general, excepto aquéllos que resultan específicamente modificados por las prescripciones contenidas en esta Parte II.
Los requerimientos aquí establecidos se aplicarán exclusivamente a los estados de cargas que incluyan la acción sísmica.
Para proveer la resistencia mínima aceptable para las apropiadas combinaciones de cargas gravitatorias mayoradas y acciones sísmicas, las estructuras se clasifican en:
Estructuras con ductilidad completa
Son aquéllas que se diseñan y detallan para resistir el mínimo nivel de acción sísmica horizontal permitido por este Reglamento por lo que deberán tener la mayor capacidad técnica y económicamente posible de disipación de energía por deformaciones inelásticas. Estas deformaciones inelásticas deberán concentrase en zonas preestablecidas de la estructura, para lo que es necesario definir un mecanismo de colapso cinemáticamente posible. Las deformaciones inelásticas se deberán principalmente a la fluencia de la armadura longitudinal. Las estructuras con ductilidad completa, deberán ser diseñadas por capacidad de acuerdo con el artículo 1.5. Se considerará que este tipo de estructuras tienen una adecuada capacidad de disipación de energía por deformaciones inelásticas si se diseñan y se detallan de acuerdo con lo establecido en los Capítulos 2, 3, 4, 5, y 6 de esta Parte II.
Estructuras con ductilidad limitada
Son aquéllas que se suponen tienen una menor demanda de deformación inelástica o una menor capacidad de deformación inelástica en relación con las estructuras con ductilidad completa. Estas deformaciones inelásticas deberán concentrase en zonas preestablecidas de la estructura, para lo que es necesario definir un mecanismo de colapso cinemáticamente posible. Las deformaciones inelásticas se deberán principalmente a la fluencia de la armadura longitudinal.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 2
Las estructuras con ductilidad limitada, deberán diseñarse por capacidad de acuerdo con el artículo 1.5., con acciones sísmicas mayores que las correspondientes a estructuras con ductilidad completa. Se considerará que este tipo de estructuras tienen una adecuada capacidad de disipación de energía por deformaciones inelásticas si se diseñan y se detallan de acuerdo con lo establecido en el Capítulo 7 de esta Parte II.
Estructuras con respuesta elástica
Son aquéllas que se suponen permanecerán esencialmente elásticas ( R ≤ 1,5 ). Estas estructuras deberán diseñarse de manera de satisfacer los criterios siguientes:
(i) Cuando el sistema estructural es tal que, bajo acciones sísmicas mayores que las elásticas de diseño, pueda desarrollar un mecanismo de colapso global permitido para estructuras con ductilidad completa o con ductilidad limitada, la estructura podrá diseñarse y detallarse de acuerdo con lo establecido en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
(ii) Cuando la disipación de energía sólo puede ser posible con un mecanismo de colapso no admitido para estructuras con ductilidad completa o con ductilidad limitada, deberá identificarse claramente este mecanismo y los elementos involucrados en él, y los mismos deberán detallarse de acuerdo con lo especificado para elementos con ductilidad completa o limitada, según corresponda.
(iii) Todo componente o elemento que, aunque no forme parte de la estructura sismorresistente primaria sufra deformaciones inelásticas inducidas por los desplazamientos de la construcción para el sismo de diseño, deberá cumplir los requerimientos de (i) o (ii), según corresponda.
C 1.1. CAMPO DE VALIDEZ
Esta Parte II del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – 2020 contiene requerimientos mínimos que se consideran actualmente necesarios, para que las estructuras monolíticas de hormigón armado sean capaces de soportar una serie de oscilaciones en el campo de la respuesta inelástica sin degradaciones críticas de resistencia. Esta demanda de deformación inelástica está de acuerdo con la magnitud de las acciones sísmicas de diseño, que se reconoce son menores que las correspondientes a la respuesta elástica.
A medida que una estructura de hormigón armado, adecuadamente diseñada y detallada, responda a un movimiento sísmico severo, su rigidez efectiva decrece y su aptitud para disipar energía aumenta. Este proceso tiende a reducir la aceleración de respuesta o las fuerzas horizontales de inercia inducidas, en relación con las obtenidas con un modelo lineal elástico de una estructura no fisurada y ligeramente amortiguada.
De esta manera, el uso de las acciones sísmicas de diseño especificadas, requiere que el edificio posea una estructura resistente a acciones sísmicas horizontales que mantenga una porción importante de su resistencia cuando se encuentre sometida a desplazamientos reversibles en el campo inelástico.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 3
Se consideran tres grupos de sistemas estructurales de hormigón armado, cada uno con sus requerimientos específicos de diseño:
(a) Estructuras con ductilidad completa
(b) Estructuras con ductilidad limitada
(c) Estructuras con respuesta elástica
(a) Las estructuras con ductilidad completa son aquéllas que se diseñan con el menor nivel de resistencia sísmica y la mayor capacidad de ductilidad. En este contexto, ductilidad significa la habilidad que tiene una estructura para deformarse más allá del inicio de la fluencia en el campo plástico sin excesiva pérdida de resistencia. El nivel de los daños dependerá de la magnitud de las deformaciones inelásticas impuestas durante un terremoto.
Las deformaciones en el campo inelástico generalmente se generan por rotaciones en las rótulas plásticas seleccionadas, que normalmente se forman en las secciones donde el momento flexor es máximo.
Para asegurar que la energía se disipará sólo en zonas previamente seleccionadas, deben usarse procedimientos de diseño por capacidad. A menos que la demanda de ductilidad local en los componentes plastificados sea significativamente mayor que la correspondiente a la ductilidad global, no se necesita computar la capacidad de ductilidad individual de las rótulas plásticas si se cumple con las previsiones estipuladas en esta Parte II.
(b) Ciertas estructuras o elementos estructurales, en razón de su gran resistencia inherente o por su posición en la estructura, o porque se la considera no apta para ser diseñada con ductilidad completa, pueden tener demandas reducidas de ductilidad o capacidades reducidas de ductilidad. Tales estructuras y elementos estructurales conforman el amplio grupo de sistemas con ductilidad limitada. Estas estructuras o elementos incluyen edificios con disposición irregular de los elementos resistentes a las acciones sísmicas horizontales, tabiques con aberturas irregulares, tamaño y disposición de vigas y columnas que no puedan ser consideradas aptas para una respuesta con ductilidad completa, tales como el caso de pórticos controlados por la carga gravitatoria. Estas estructuras o elementos estructurales deberán diseñarse para que resistan acciones sísmicas mayores que las correspondientes a ductilidad completa. Se espera que esto resulte en demandas menores de ductilidad y, por lo tanto, podrá relajarse el grado de detallado. Como la estructura o los elementos estructurales deben todavía poseer la aptitud de ser dúctiles, es necesario diseñarlos por capacidad.
(c) En el caso de estructuras que se estima responderán dentro del campo elástico, dependiendo de la aptitud del sistema estructural de desarrollar ductilidad bajo condiciones extremas, deberán considerarse diferentes requerimientos para el detallado de ciertos componentes.
1.2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
La calidad de los materiales, y los protocolos de control de calidad de los mismos, deberán indicarse de forma clara y precisa en especificaciones técnicas, memorias de cálculo, planos y planillas, tanto en la documentación técnica de proyecto como de final de obra.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 4
1.2.1. Hormigón
La resistencia especificada a la compresión del hormigón f´c no deberá ser menor que 20 MPa ni mayor que 70 MPa.
20 MPa ≤ f´c ≤ 70 MPa
[1 - 1]
Podrán utilizarse hormigones de resistencia f´c mayor que 70 MPa siempre que existan estudios que lo justifiquen, los cuales deberán ser puestos a consideración de la Autoridad de
Aplicación con asesoramiento del Consejo Nacional del Reglamento INPRES-CIRSOC 103.
Los criterios y controles de conformidad del hormigón deberán realizarse según lo prescripto en el Capítulo 4 del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
C 1.2.1. Hormigón
A medida que aumenta la resistencia del hormigón, se incrementa la demanda de confinamiento y disminuyen las deformaciones correspondientes a la máxima tensión y a la rotura. Esta fragilidad de los hormigones de alta resistencia hace que deba limitarse su resistencia máxima.
1.2.2. Acero
(i) La tensión de fluencia especificada de la armadura longitudinal fy, no será mayor que 420 MPa y la conformación superficial será del tipo nervurada, excepto lo especificado en el artículo 1.2.2. (iii).
No podrán utilizarse aceros con tensiones reales de fluencia superiores a 1,30 veces la tensión de fluencia especificada.
fy real fy
≤ 1,30
[1 - 2]
En zonas sísmicas 3 y 4, podrá utilizarse solamente armadura longitudinal de normal o alto endurecimiento post-fluencia, según la clasificación de la Tabla 1.1., excepto lo especificado en el artículo 1.2.2. (iii).
(ii) La tensión de fluencia especificada de la armadura transversal fyt, no será mayor que 500 MPa, y la conformación superficial podrá ser del tipo nervurada o superficie lisa. Podrán utilizarse aceros de cualquier tipo de endurecimiento según la Tabla 1.1.
(iii) Para el caso de Diafragmas (Capítulo 5), se aceptará el uso de mallas soldadas con una tensión de fluencia especificada fy de 500 MPa, cuando no colaboren con la resistencia de las vigas. Podrán utilizarse aceros de cualquier tipo de endurecimiento según la Tabla 1.1.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 5
Tabla 1.1. Características de endurecimiento de los aceros
Parámetro
Endurecimiento post-fluencia
Muy Bajo
Bajo
Normal Alto
fy [MPa]
420
420
500
420
420
fy real máximo [MPa]
546
546
fu real⁄fy real
de 1,00 a de 1,10
1,09
a 1,14
u real
≥ 12%
≥ 12%
650 ≥ 1,10 ≥ 10%
546
de 1,15 a 1,39
≥ 12%
546 ≥ 1,40 ≥ 12%
C 1.2.2. Acero
La fuente principal de ductilidad de los componentes de hormigón armado es la aptitud del acero de soportar ciclos repetidos de carga a niveles altos de deformación plástica, sin reducciones importantes de tensión. Las relaciones típicas tensión–deformación de los aceros, muestran que la deformación última y la longitud del escalón de fluencia disminuyen a medida que la tensión de fluencia aumenta.
Las características deseables de los aceros para su utilización en construcciones sismorresistentes de hormigón armado son: un escalón de fluencia seguido por un endurecimiento gradual y una baja variabilidad entre la tensión real y la tensión de fluencia especificada. Estas propiedades resultan esenciales para que la aplicación del diseño por capacidad sea efectiva principalmente para lograr que la resistencia al corte de todos los componentes y la resistencia a flexión de las secciones donde no se pretenda la formación de rótulas plásticas, excedan las solicitaciones correspondientes al desarrollo de la sobrerresistencia flexional de dichas rótulas plásticas. Si el acero de la armadura longitudinal exhibe un endurecimiento prematuro y rápido, la tensión del acero en una sección sometida a una gran demanda de ductilidad puede superar la tensión de fluencia por un margen excesivo. De la misma manera, si el acero tiene una variación considerable en la tensión de fluencia, la resistencia a flexión real en una rótula plástica, puede exceder ampliamente el valor nominal. En ambos casos, el resultado conduce a adoptar altos factores de sobrerresistencia para protegerse contra una falla por corte o por una rotulación plástica inesperada.
Por otro lado, debe existir un balance entre la longitud del escalón de fluencia y la tasa de endurecimiento. Un escalón de fluencia amplio y una baja tasa de endurecimiento, tienen la ventaja de reducir la sobrerresistencia flexional en las rótulas plásticas, pero tienen la desventaja de acortar la longitud de la rótula plástica, reduciendo la ductilidad como consecuencia de las altas deformaciones a las que se ve sometido el hormigón en una longitud reducida. Si el escalón de fluencia es muy prolongado, la falta de rigidez del acero induce a una mayor posibilidad de pandeo de las barras longitudinales sometidas a compresión.
Se considera que las prescripciones estipuladas en el artículo 1.2.2. son las necesarias para lograr estos propósitos.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 6
1.3. COMBINACIÓN DE ACCIONES
1.3.1. Se adoptará la combinación más desfavorable de efectos correspondiente a las siguientes alternativas:
1,0 D ± 1,0 E + f1 L + f2 S
[1 - 3]
Donde los factores de participación de sobrecarga f1 y f2 provienen de Tabla 3.3 del Capítulo 3 del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” –
2018.
1.3.2. Los efectos provocados por la acción sísmica, se determinarán de la manera siguiente:
siendo:
E = EH ± EV
[1 - 4]
EH el efecto horizontal de la acción sísmica de acuerdo con lo especificado en los Capítulos 6 y 7 del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I
“CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018.
EV el efecto vertical de la acción sísmica que se determinará según la expresión siguiente:
EV
=
Ca 2
r
D
[1 - 5]
1.3.3. La estructura deberá, además, verificarse con las combinaciones de estados de cargas pertinentes que no incluyan la acción sísmica de acuerdo con lo especificado en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
1.3.4. Se considerará que la acción sísmica horizontal actúa independientemente en cada dirección, según el artículo 3.2. del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018.
1.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS
1.4.1. Se deberán utilizar los métodos de evaluación de la acción sísmica prescriptos en el artículo 2.7. del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018.
Cuando se utilice el método estático se aplicará lo establecido en los artículos 1.5. y subsiguientes de esta Parte II.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 7
1.4.2. Cuando se utilice el análisis modal espectral o el procedimiento de respuesta lineal en el tiempo, deberá contemplarse lo siguiente:
(a) Los momentos obtenidos en los extremos de vigas (o en las secciones de columnas donde se prevean rótulas plásticas) mediante el análisis modal espectral o el procedimiento de respuesta lineal en el tiempo, para fuerzas sísmicas horizontales solamente, se supondrán que actúan simultáneamente. Estos momentos combinados con los provenientes de las cargas gravitatorias mayoradas, se utilizarán para determinar la resistencia a flexión de las vigas y de las columnas.
(b) Cuando se utilice el análisis modal espectral: Para la determinación de las solicitaciones debidas sólo a las fuerzas sísmicas horizontales, que se utilizarán como valores de referencia para determinar los factores de sobrerresistencia en vigas bo, o en columnas co, según corresponda, se utilizará el conjunto de fuerzas laterales correspondientes al primer modo de vibración en la dirección considerada.
(c) Cuando se utilice el procedimiento de respuesta lineal en el tiempo: Para la determinación de las solicitaciones debidas sólo a las fuerzas sísmicas horizontales, que se utilizarán como valores de referencia para determinar los factores de sobrerresistencia en vigas ob, o en columnas co, según corresponda, se utilizará el conjunto de fuerzas laterales correspondientes al método estático.
(d) Con las modificaciones introducidas en (a) y en (b) o en (c), según corresponda, será de aplicación todo lo especificado en los artículos 1.5. y subsiguientes.
C 1.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS
Si bien son de aplicación los métodos de evaluación de la acción sísmica prescriptos en el artículo 2.7. del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018, resulta necesario introducir algunas modificaciones en el análisis modal espectral para su aplicación al diseño por capacidad.
Originalmente el diseño por capacidad fue desarrollado para aplicarlo con el método estático. Como en este caso las solicitaciones en la estructura están en equilibrio, es lícito amplificar los momentos en las columnas en proporción al factor de sobrerresistencia flexional de las vigas, ob, en los ejes de los nudos. Es claro que los momentos derivados de las fuerzas estáticas equivalentes se utilizan como valores de referencia.
Las solicitaciones obtenidas con el análisis modal espectral, para cada modo de vibración, están en equilibrio. Sin embargo, no lo están las solicitaciones que provienen de la superposición modal. La envolvente obtenida, representa solicitaciones que pueden ocurrir en diferentes instantes de tiempo. Por lo tanto, estas solicitaciones combinadas no están en equilibrio y no pueden utilizarse como valores de referencia.
Teniendo en cuenta que el análisis estático representa, en forma aproximada, la contribución del primer modo de vibración, es lógico utilizar los valores reales correspondientes a ese modo, como valores de referencia.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 8
1.5. MÉTODO DE DISEÑO
Para el estado límite último (ELU) se deberán satisfacer los requerimientos especificados en los artículos 1.5.1., 1.5.2., y 1.5.3.
1.5.1. Diseño por resistencia
1.5.1.1. Generalidades Los componentes estructurales deberán diseñarse por resistencia, asegurando una resistencia de diseño (Rd) mayor o igual que la resistencia requerida (Ru), esto es:
Rd = ϕ Rn ≥ Ru
[1 - 6]
Siendo:
Rd la resistencia de diseño, definida como la resistencia confiable mínima a ser provista a los componentes estructurales.
el factor de reducción de resistencia, según el artículo 1.5.1.2.
Rn la resistencia teórica de un componente de hormigón armado calculada utilizando las dimensiones y armaduras reales provistas, y las resistencias especificadas del hormigón y del acero que se indican en este Reglamento.
Ru la demanda de resistencia, o resistencia requerida, que surge de la aplicación de las combinaciones de estados de carga del artículo 1.3.
C 1.5.1.1. Generalidades La seguridad estructural se provee mediante dos fuentes. Por un lado, mediante adecuadas combinaciones de estados de carga, que impactan en la resistencia requerida (Ru), donde se utilizan factores de mayoración de carga mayores o iguales a 1,00, que reconocen la variabilidad entre los distintos tipos de carga. Y, por otro lado, mediante adecuados factores de reducción de resistencia ( ), que impactan en la resistencia de diseño (Rd), y que adoptan valores menores o iguales a 1,00 según el artículo 1.5.1.2. El requerimiento general de diseño por resistencia puede expresarse cómo:
SUMINISTRO ≥ DEMANDA Rd = ϕ Rn ≥ Ru
De forma específica, para un componente sometido a momento flector, esfuerzo axial, y de corte, por ejemplo, corresponden las siguientes expresiones de diseño por resistencia:
ϕ Mn ≥ Mu ϕ Pn ≥ Pu ϕ Vn ≥ Vu
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 9
1.5.1.2. Factor de reducción de resistencia En la determinación de la resistencia de diseño (Rd ) de los componentes estructurales, deberán utilizarse los factores de reducción de resistencia ( ) que se establecen en Tabla 1.2.
Tabla 1.2. Factores de reducción de resistencia
Factor de reducción de resistencia ( )
(a) Cuando la resistencia requerida se basa en las solicitaciones máximas posibles que se desarrollan teniendo en cuenta la sobrerresistencia de las 1,00 rótulas plásticas (Ro).
(b) Cuando la resistencia requerida se basa en las solicitaciones provenientes
de la combinación de estados de carga del artículo 1.3. (Ru):
• Tracción o Compresión
0,90
• Flexión con o sin axial
0,90
• Corte y Torsión
0,85
• Aplastamiento del hormigón
0,70
C 1.5.1.2. Factor de reducción de resistencia
Los factores de reducción de resistencia toman en cuenta la posibilidad de trabajar con materiales cuyas resistencias sean menores a las especificadas, errores y/o aproximaciones en los métodos de análisis y diseño, tipo de mecanismo de resistencia y las consecuencias del modo de falla, grado de ductilidad y confiablidad requerida del componente, importancia del componente en la estructura, y tolerancias normales en las dimensiones de las secciones.
Los valores de los factores de reducción de resistencia especificados en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, para la resistencia a flexión, dependen del nivel del esfuerzo axial de compresión. Este enfoque es demasiado conservativo cuando se aplica a secciones de columnas con núcleos bien confinados. Como lo muestra la expresión [2.3-25], es claro que la resistencia a flexión aumenta por encima de los valores computados con la teoría convencional, a medida que aumenta el esfuerzo de compresión axial. Ya que, de acuerdo con esta Parte II, las columnas requieren niveles importantes de confinamiento, aun cuando no se requieran que sean dúctiles, no es apropiado que varíe con el esfuerzo axial, por lo que se adopta un valor común de = 0,90.
Por otro lado, cuando el momento requerido se base en las máximas solicitaciones posibles inducidas cuando las rótulas plásticas desarrollen su sobrerresistencia flexional, de acuerdo con los principios del diseño por capacidad, sería innecesariamente conservativo reducir la resistencia nominal por un factor de reducción menor que 1,00.
Para la resistencia al corte valen los mismos argumentos explicados para la resistencia a flexión. Por lo tanto, se adopta un valor constante independiente del nivel del esfuerzo axial, y cuando la resistencia requerida al corte se base en la sobrerresistencia flexional de las rótulas plásticas (capacidad), se adoptará un valor igual a 1,00.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 10
1.5.2. Diseño por estabilidad
La estructura en su conjunto, y sus componentes en forma individual, deberán diseñarse para prevenir cualquier condición de inestabilidad, de acuerdo a lo prescripto en el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2018.
C 1.5.2. Diseño por estabilidad Se entiende por estabilidad, a la capacidad de una estructura o componente para mantener su función estructural cuando se deforma ante las acciones establecidas.
1.5.3. Diseño por capacidad
Las estructuras de hormigón armado sometidas a la acción sísmica, proyectadas para desarrollar ductilidad completa o limitada, deberán diseñarse por capacidad.
1.5.3.1. Mecanismo de colapso
En el diseño por capacidad deberá definirse un mecanismo de colapso admisible, que determine la ubicación de las zonas del sistema sismorresistente principal que tendrán incursiones plásticas severas (rótulas plásticas).
1.5.3.2. Diseño de las zonas de rótulas plásticas
Las zonas con incursiones plásticas severas (rótulas plásticas) deberán diseñarse y detallarse apropiadamente para que disipen energía bajo deformaciones inelásticas severas. El nivel de detalle estará asociado al nivel de ductilidad de diseño.
Las zonas de rótula plástica deberán diseñarse por resistencia ante esfuerzos capaces de
disipar energía, flexión en el caso de vigas y flexión con esfuerzo axial en el caso de columnas
y tabiques, de manera que la resistencia de diseño (Rd) resulte tan cercana como sea posible a la resistencia requerida (Ru), según la expresión [1-6]. La resistencia requerida provendrá de las combinaciones de los estados de carga especificadas en el artículo 1.3., y se utilizarán
en conjunto con los correspondientes factores de reducción de resistencia según el artículo 1.5.1.2.
1.5.3.3. Sobrerresistencia de las zonas de rótulas plásticas
La sobrerresistencia de las zonas de rótula plástica deberá tener en cuenta:
(a) Las secciones de las armaduras de acero reales provistas.
(b) El confinamiento del hormigón.
(c) Las variaciones en la tensión nominal y real del acero utilizado, y el endurecimiento por
deformación del acero. La sobrerresistencia probable total del acero deberá tomarse
como λo fy , con λo=1,40 para aceros con fy de 420 MPa.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 11
1.5.3.4. Protección por capacidad de las zonas de rótulas plásticas
Para mantener el mecanismo de colapso elegido durante la incursión plástica de la estructura, deberán evitarse los modos de falla indeseable en las zonas de rótula plástica, tales como fallas por corte, anclaje, o inestabilidades. El diseño para los modos de falla indeseable deberá realizarse por capacidad, esto se logra asegurando una resistencia de diseño (Rd) mayor o igual que la resistencia requerida derivada de la sobrerresistencia de las zonas de rótula plástica (Ro), esto es:
Rd = ϕ Rn ≥ Ro
[1 - 7]
Siendo:
Rd la resistencia de diseño.
el factor de reducción de resistencia, según el artículo 1.5.1.2., que por tratarse de diseño por capacidad resulta =1,00.
Rn la resistencia teórica de un componente de hormigón armado calculada utilizando las dimensiones y armaduras reales provistas, y las resistencias especificadas del hormigón y del acero que se indican en este Reglamento.
Ro la resistencia requerida originada por la sobrerresistencia de las rótulas plásticas, siguiendo los principios del diseño por capacidad.
1.5.3.5. Diseño por capacidad fuera de las zonas de rótulas plásticas
Las otras zonas de la estructura, donde se prevé un comportamiento elástico, deberán diseñarse por capacidad, esto se logra asegurando una resistencia de diseño (Rd) no menor que la resistencia requerida derivada de la sobrerresistencia de las zonas de rótula plástica (Ro), según la expresión [1-7].
En estas zonas, las resistencias requeridas no necesitarán ser mayores que las correspondientes a la respuesta esencialmente elástica de la estructura (R = 1,50), en este caso se utilizarán en conjunto con los correspondientes factores de reducción de resistencia según el artículo 1.5.1.2.
1.5.3.6. Sistemas o componentes estructurales no considerados parte de la estructura sismorresistente
Para los componentes o elementos estructurales que no forman parte del sistema sismorresistente principal, en los cuales, las solicitaciones estén controladas por combinaciones de estados de cargas gravitatorias sin la consideración del sismo, no es necesario el diseño por capacidad. Estos componentes o elementos estructurales deberán verificarse para soportar la deformación última impuesta por el sismo en la estructura, sin perder estabilidad, manteniendo su resistencia para el propósito al que estén destinados.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 12
C 1.5.3. Diseño por capacidad
Las predicciones actuales de las características probables de los terremotos destructivos son burdas. Así, por ejemplo, los terremotos recientes muestran demandas de resistencia mucho mayores (3 a 4 veces) que las resistencias mínimas que especifican los reglamentos actuales. Esta crudeza en la estimación de la demanda, obliga a pensar en una estrategia de diseño que, dentro de ciertos límites, se independice de la demanda, y centre la atención en la capacidad que tienen las estructuras de disipar la energía sísmica mediante fuertes incursiones en el campo inelástico. Centrarse fundamentalmente en la capacidad, en el caso sísmico, significa crear estructuras que sean ampliamente tolerantes a las deformaciones impuestas, esto es, que tengan una capacidad de deformación inelástica muy superior a la máxima demanda esperada, la cual, es altamente incierta.
En este marco, la resistencia mínima especificada por los reglamentos actuales (demanda), es sólo un valor razonable de referencia, que más tiene que ver con el comportamiento
observado de estructuras ante terremotos destructivos, y con “herencias históricas”, que con las demandas reales.
Si bien, desde el punto de vista de la práctica profesional aceptada, se pretende estimar el comportamiento de una estructura que va a incursionar en el campo inelástico, mediante métodos de análisis elásticos, debe tenerse presente que esto es, en general, imposible. Esto no significa que no puedan diseñarse estructuras que se comporten satisfactoriamente ante un terremoto destructivo, sino que el análisis estructural elástico, aunque necesario, tiene una relativa importancia, debiéndose poner énfasis en los procedimientos de diseño y detallado de las estructuras de hormigón armado.
Precisamente el denominado diseño por capacidad, es un procedimiento de diseño – no de análisis – determinístico, racional y relativamente simple, desarrollado en Nueva Zelanda, que ha sido adoptado también por otros países. El procedimiento se caracteriza por lo siguiente:
(1) Se definen claramente las zonas de formación potencial de rótulas plásticas (mecanismo de colapso), las que se diseñan para que tengan una resistencia nominal tan cercana como sea posible a la resistencia requerida que proviene de las combinaciones de estados de carga especificadas en el artículo 1.3. A continuación estas zonas se detallan cuidadosamente para asegurar que las demandas estimadas de ductilidad puedan acomodarse confiablemente. Esto se logra, principalmente, con armadura transversal con pequeña separación y bien anclada.
(2) Se inhiben, en los componentes que tienen rótulas plásticas, los modos indeseables de deformación inelástica, tales como los que podrían originarse por fallas de corte o anclaje e inestabilidad, asegurando que la resistencia de estos modos sea mayor que la de las rótulas plásticas cuando éstas desarrollan su sobrerresistencia flexional (capacidad).
(3) Las zonas potencialmente frágiles, o aquellas componentes que no puedan tener una disipación estable de energía, se protegen asegurando que su resistencia sea mayor que las demandas que se originan por la sobrerresistencia flexional de las rótulas plásticas. Por lo tanto, estas zonas se diseñan para que permanezcan elásticas independientemente de la intensidad del terremoto y de las magnitudes de las deformaciones inelásticas que pudieran ocurrir.
1.6. SISTEMAS ESTRUCTURALES SISMORRESISTENTES
A los fines de aplicación de este Reglamento, se definen los siguientes sistemas estructurales:
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 13
(a) Pórticos sismorresistentes.
(b) Tabiques sismorresistentes.
(c) Sistemas pórtico tabique sismorresistentes.
(d) Otros sistemas estructurales sismorresistentes.
1.6.1. Pórticos sismorresistentes Sistema estructural constituido por un entramado de vigas y columnas monolíticamente vinculados entre sí a través de nudos viga-columna formando en su conjunto una estructura capaz de resistir no sólo las cargas gravitatorias sino también las fuerzas horizontales originadas por la acción sísmica.
Los componentes de sistemas pórticos sismorresistentes deberán diseñarse según lo especificado en el Capítulo 2 para estructuras de ductilidad completa, o según el Capítulo 7 para estructuras de ductilidad limitada.
C 1.6.1. Pórticos sismorresistentes
La deformación global de los sistemas estructurales de pórticos sismorresistentes es del tipo “de corte”, por lo cual las máximas distorsiones de piso, en general, se producen en los niveles inferiores e intermedios.
La Figura C1.1. muestra conceptualmente la aplicación del diseño por resistencia (artículo 1.5.1.) y del diseño por capacidad (artículo 1.5.3.), a un pórtico genérico.
(a) Acciones Estado Límite Último
D + f1L E
B
D
(b) Esfuerzos requeridos M u
B
Mc u
Mb u
Mb u Mc u
C
D
A
E
A
E
Mc u
Mc u
(c) Mecanismo de colapso
B
D
A
E
Figura C1.1. Diseño por resistencia y por capacidad de un pórtico.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 14
(d) Diagrama de cuerpo libre D + f1L
E
B
Mc u
Mb u
Vc u
Vc u
C E/2 Vb
u
Vc u Pc u
A Mc
u
(e) Diseño por resistencia. Flexión en extremo B de viga y base de columna
B
Mb u
≤
øM
b n
Ru ≤ øR n
Pc u
Mc u
≤
øMnc
A
(f) Diseño por capacidad
Ro ≤ øRn
(f.1) Flexión en capitel de columna
(f.2) Corte en viga y columna
B
Mb o
=
o
Mb n
B
Vb o
≤
Vb n
Mb o
≤
Mc n
Pc u
Vc o
≤
Vc n
Vc o
≤
Vc n
A
Figura C1.1. (continuación) Diseño por resistencia y por capacidad de un pórtico.
1.6.2. Tabiques sismorresistentes
Sistema estructural compuesto por una pantalla vertical de hormigón armado. Los tabiques sismorresistentes adecuadamente diseñados pueden absorber, en su plano, las fuerzas horizontales generadas por la acción sísmica. Cuando dos o más tabiques están conectados por vigas con suficiente rigidez y resistencia se los denomina: tabiques acoplados. La disipación de energía en estos últimos se realiza principalmente en las vigas de acoplamiento. Deberán aplicarse especiales consideraciones en el diseño sismorresistentes de tabiques poco esbeltos, según se especifica en el artículo 3.9.
Los componentes de sistemas tabiques sismorresistentes deberán diseñarse según lo especificado en el Capítulo 3 para estructuras de ductilidad completa, o según el Capítulo 7 para estructuras de ductilidad limitada.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 15
C 1.6.2. Tabiques sismorresistentes
La deformación global de los sistemas estructurales de tabiques sismorresistentes, cuando los mismos son esbeltos, es del tipo “de flexión”, por lo cual las máximas distorsiones de piso, en general, se producen en los niveles superiores.
La Figura C1.2. muestra conceptualmente la aplicación del diseño por resistencia (artículo 1.5.1.) y del diseño por capacidad (artículo 1.5.3.), a un tabique en voladizo genérico.
(a) Acciones Estado Límite Último D + f 1L
E
(b) Esfuerzos requeridos Mu y Pu
(c) Mecanismo de colapso
Mw u
(d) Diseño por resistencia. Flexión con esfuerzo axial en la base del tabique Ru ≤ øR n
Vw E
Pw u (e) Diseño por capacidad. Corte en la base del tabique Ro ≤ øRn
Vw o
Pw u
Mw u
≤
øMnw
Pw u
Vw o
≤
Vw n
Mw o
=
o
Mw n
Figura C1.2. Diseño por resistencia y por capacidad de un tabique en voladizo.
1.6.3. Sistemas pórtico tabique sismorresistentes
Sistema estructural resistente a cargas gravitatorias y fuerzas horizontales provenientes de la acción sísmica, compuesto por la combinación de pórticos y tabiques. Cada componente de este sistema, tabiques y pórticos, está diseñado para resistir una parte de la fuerza horizontal total según su rigidez relativa.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 16
Los componentes de sistemas pórtico tabique sismorresistentes deberán diseñarse según lo especificado en el Capítulo 4 para estructuras de ductilidad completa, o según el Capítulo 7 para estructuras de ductilidad limitada.
C 1.6.3. Sistemas pórtico tabique sismorresistentes La deformación global de los sistemas pórtico tabique sismorresistentes aprovecha las ventajas individuales de los pórticos y de los tabiques, en los pisos inferiores la distorsión de piso está controlada por los tabiques, en los pisos superiores la distorsión de piso está controlada por los pórticos, las máximas distorsiones de piso se producen en los niveles intermedios. Es el sistema más utilizado para el diseño sismorresistente de edificios altos. La presencia de los tabiques imposibilita de formación de un piso débil, generando una importante libertad en la elección del mecanismo de colapso.
1.6.4. Otros sistemas estructurales sismorresistentes
Se admite la utilización de otros sistemas estructurales sismorresistentes de hormigón armado no tratados en esta Parte II. A requerimiento de la Autoridad de Aplicación, con asesoramiento del Consejo Nacional del Reglamento INPRES-CIRSOC 103, el diseñador deberá definir el mecanismo de colapso adoptado, los factores de comportamiento de la construcción supuestos, y el nivel de análisis y detallamiento adoptados.
C 1.6.4. Otros sistemas estructurales sismorresistentes Como ejemplos de sistemas estructurales sismorresistentes de hormigón armado no tratados en esta Parte II pueden citarse: estructuras con diagonales concéntricas de acero o de hormigón armado, estructuras rigidizadas con diagonales excéntricas, estructuras con diagonales concéntricas y vigas horizontales sin columnas, etc.
1.7. GLOSARIO
A los fines de aplicación de este Reglamento se definen:
Autoridad de Aplicación:
Organismo público de ámbito Nacional, Provincial o Municipal responsable por la seguridad pública en relación con la obra.
Componente: Parte individualizable de una construcción, ej.: viga, columna, tabique, diagonal, losa, etc.
Construcción: Resultado de un proceso constructivo habitualmente realizado para satisfacer necesidades
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 17
de un comitente privado o público, generalmente asociado a obras civiles.
Diafragma:
Sistema estructural horizontal o casi horizontal relativamente delgado y rígido en su plano, capaz de soportar cargas verticales y trasmitir las fuerzas horizontales a y entre los elementos estructurales diseñados para absorber las fuerzas horizontales.
Diseñador:
Profesional idóneo y habilitado legalmente, encargado del diseño sismorresistente de estructuras.
Diseño:
En este Reglamento se ha usado la palabra “Diseño” como sinónimo de “Proyecto”. El diseño incluye el planteo estructural, el dimensionamiento y el detallado de las secciones, de los componentes estructurales, de los elementos estructurales y del sistema completo.
Diseño por Capacidad:
Método de diseño para estructuras sometidas a la acción sísmica. En el diseño de estructuras por capacidad, los componentes y los elementos estructurales que resistirán las solicitaciones debidas a las acciones gravitatorias y las originadas por la acción sísmica son cuidadosamente seleccionados y apropiadamente diseñados y detallados para ser capaces de disipar energía por deformaciones inelásticas en zonas preestablecidas. Todos los otros elementos no pensados para disipar energía deben poseer suficiente resistencia para asegurar su comportamiento elástico mientras las fuentes de disipación de energía desarrollan toda su capacidad. En consecuencia, el diseño por capacidad establece la capacidad de los componentes elásticos a partir de la capacidad de los componentes que plastifican.
Ductilidad:
Capacidad de absorción de energía hasta la rotura de un componente, elemento o sistema estructural. Asociada a deformaciones importantes en rango plástico. Opuesta a fragilidad.
Ductilidad Global:
Habilidad que tiene un sistema estructural para mantener su capacidad resistente sin sensibles degradaciones y disipar energía cuando está sometido a ciclos de desplazamientos inelásticos durante un terremoto.
Ductilidad Local:
Capacidad que tiene una sección o componente para deformarse inelásticamente y disipar energía, sin degradación significativa de la resistencia. En el caso de terremotos se vincula a
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 18
la formación de ciclos de histéresis estables.
Elemento:
Uno o más componentes asociados en un conjunto que sufre la misma deformación horizontal durante el terremoto, ej.: Pórticos, Muros, Tabiques acoplados, Triangulaciones, etc. Habitualmente se trata de conjuntos contenidos en un plano.
Estructura:
Conjunto espacial de elementos capaces de soportar las acciones impuestas sobre la construcción y transferirlas a los vínculos, asegurando equilibrio y estabilidad. Todo elemento o componente capaz de restringir las deformaciones de toda o parte de la construcción forma parte de la estructura.
Estructuras con Ductilidad Completa:
Son aquéllas en las que se busca desarrollar al máximo su capacidad de disipación de energía. En consecuencia, se diseñan y detallan siguiendo los principios del Diseño por Capacidad para resistir el mínimo nivel de acción sísmica permitido por este Reglamento.
Estructuras con Ductilidad Limitada:
Son aquéllas que se supone tienen una menor demanda de deformación inelástica, o una menor capacidad de deformación inelástica respecto a estructuras con ductilidad completa. Las estructuras con ductilidad limitada deberán diseñarse siguiendo los principios del Diseño por Capacidad, con acciones sísmicas de diseño mayores que las correspondientes a estructuras con ductilidad completa. Habitualmente implican detallados más simples que los de las estructuras con ductilidad completa.
Estructuras de Comportamiento Elástico:
Son aquéllas cuya respuesta frente a la acción sísmica se supone permanecerá esencialmente elástica. En estas estructuras, aunque diseñadas para que tengan una respuesta esencialmente elástica, deberá identificarse el mecanismo de colapso y en función de éste, podrán diseñarse y detallarse según el Reglamento CIRSOC 201-2005 o siguiendo los principios del Diseño por Capacidad establecidos en este Reglamento para estructuras con ductilidad completa o limitada según corresponda.
Mecanismo Plástico (Mecanismo de Colapso):
Configuración final de la estructura en la que un pequeño aumento de las acciones produce un aumento grande o incontrolado de las deformaciones globales o locales y en consecuencia el equilibrio deja de ser posible. Debe ser un mecanismo estructural estáticamente admisible y cinemáticamente posible que el diseñador debe elegir para aplicar los principios del Diseño por Capacidad.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 1 - 19
Sistema Resistente:
Totalidad de los elementos vinculados de tal forma que puedan contribuir a soportar acciones sobre el conjunto de la construcción.
Sobrerresistencia:
Las zonas plásticas de una estructura desarrollan resistencias superiores a los valores nominales durante el proceso de plastificación. Los factores de sobrerresistencia tienen en cuenta principalmente las variaciones entre la tensión de fluencia especificada y la tensión de fluencia real, el endurecimiento por deformación del acero, el aumento de resistencia por el confinamiento del hormigón y fenómenos similares en otros materiales.
Zona de formación potencial de Rótula Plástica:
Zonas previamente seleccionadas de los componentes estructurales, adecuadamente diseñadas y detalladas para que puedan desarrollar deformaciones inelásticas y disipar energía sin degradación importante de resistencia. Las deformaciones dominantes son de flexión.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 1 - 20
CAPÍTULO 2. PÓRTICOS SISMORRESISTENTES DE HORMIGÓN ARMADO
2.0. SIMBOLOGÍA
Ab área de la sección de una barra longitudinal individual, en mm2.
Ac área del núcleo confinado de hormigón medida desde el perímetro externo de los estribos, en mm2.
Acv área efectiva de corte, en mm2. Ag área bruta de la sección transversal, en mm2. Ajh área efectiva de corte horizontal en el nudo, en mm2. Ajv área efectiva de corte vertical en el nudo, en mm2. As armadura longitudinal inferior en vigas, en mm2. A´s armadura longitudinal superior en vigas, en mm2.
Ash área total efectiva de estribos y estribos suplementarios de una rama en una de las direcciones principales de la sección transversal, en mm2.
Ast armadura longitudinal total de columna, en mm2.
Ate área de la sección de una rama de estribo, en mm2.
Atr área de la armadura transversal para lograr la fuerza de cierre en empalmes, en mm2.
Av área total de estribos en una capa, en mm2.
Av1 área individual del estribo circular o en espiral, en mm2.
Avd área total de la armadura diagonal, en mm2. Avj área total de la armadura vertical en columnas, en los planos paralelos al de flexión
de las vigas, en mm2.
C'c resistencia del bloque de compresión de hormigón, en N. C's resistencia de la armadura comprimida, en N.
H
altura total de la construcción, medida desde el nivel donde las columnas del primer
piso se consideran empotradas, en mm.
Hc longitud de la columna en un piso, medida entre ejes de las vigas que la delimitan, en mm.
Ie
momento de inercia efectivo de la sección, en mm4.
Ig
momento de inercia de la sección bruta, en mm4.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 21
Lb longitud de la viga entre ejes de columnas, en mm. Lc longitud de la columna entre ejes de vigas, en mm. Ln longitud libre de un componente, en mm. Mcr momento de primera fisuración de la sección sin armadura, en Nmm. Md resistencia de diseño a flexión, en Nmm. MEb momento en vigas producido exclusivamente por la acción sísmica horizontal, en Nmm. MEc momento en columnas producido exclusivamente por la acción sísmica horizontal, en Nmm. Mob capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional de una viga (Mob = λoMnb),
en Nmm. Moc capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional de una columna, en Nmm. Mnb momento nominal de la sección de vigas, en Nmm. Mnc momento nominal de la sección de columnas, en Nmm. Mu resistencia requerida a flexión, o momento último, en Nmm. Mu red momento último reducido de la columna, en Nmm. PoE esfuerzo axial de una columna, inducido sólo por las fuerzas sísmicas horizontales, en N. Pn resistencia nominal a la compresión de una columna cuando la carga actúa
axialmente con excentricidad nula, en N.
PG esfuerzo axial de una columna, derivado sólo de las cargas gravitatorias, en N.
Pu esfuerzo axial último en columnas, en N.
R
factor de reducción, según el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I
“CONSTRUCCIONES EN GENERAL”.
Rm factor de reducción de momento en columnas.
Rv factor de reducción de carga axial en columnas.
T
primer periodo traslacional en la dirección considerada, según Reglamento INPRES-
CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL”, sin considerar el límite
impuesto por la expresión [6.7] de esa reglamentación, en s.
Ts resistencia de la armadura traccionada, en N.
Vc resistencia nominal a corte proporcionada por el hormigón, en N.
Vcol esfuerzo de corte en la columna asociado al desarrollo de la sobrerresistencia flexional de las vigas, para el diseño de nudos, en N.
Vd resistencia de diseño a corte, en N.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 22
Vdi esfuerzo de corte a ser resistido por armadura diagonal en el alma de la viga, en N. Vjh esfuerzo de corte horizontal en el nudo, en N. Vjv esfuerzo de corte vertical último en el nudo, en N. Vn resistencia nominal a corte, en N. Vs resistencia nominal a corte proporcionada por la armadura de corte, en N. Vu resistencia requerida a corte, o corte último, en N. Vu máx esfuerzo de corte último, de mayor valor absoluto, con su correspondiente signo, en N. Vu mín esfuerzo de corte último, de menor valor absoluto, con su correspondiente signo, en N. VobE esfuerzo de corte inducido en la viga, cuando ésta desarrolla su sobrerresistencia en
las secciones críticas, en N. VEc esfuerzo de corte en columnas derivado de las fuerzas sísmicas horizontales, en N. bc ancho de columna, perpendicular al eje longitudinal de la viga, en mm. be ancho total de losa, que se considera efectivo como ala en vigas T o L construidas
monolíticamente con la losa, en mm.
bf
ancho de cada ala en vigas T o L, en mm.
bj
ancho efectivo del nudo, en mm.
bw ancho del alma, en mm.
d
altura útil de la sección. Distancia entre la fibra comprimida extrema y el baricentro
de la armadura longitudinal más traccionada, en mm.
dc diámetro de columna circular, en mm. d'' diámetro del núcleo confinado de una columna circular medido desde el eje de los
estribos circulares o en espiral, en mm.
db diámetro de una barra longitudinal, en mm.
dte diámetro de una barra de estribo, en mm.
f´c resistencia especificada a la compresión del hormigón, en MPa. Según el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
fy
tensión de fluencia especificada de la armadura longitudinal (corresponde al límite de
fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
fyt tensión de fluencia especificada de la armadura transversal (corresponde al límite de fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
h
altura total de la sección del componente, en mm.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 23
h'' dimensión del núcleo de hormigón confinado de una sección rectangular, medido perpendicular a la dirección de las ramas de los estribos de confinamiento, en mm.
hb altura de la viga, en mm.
hc altura de la columna, paralela al eje longitudinal de la viga, en mm.
hs altura de la losa, en mm.
ka factor que depende del tamaño máximo del agregado.
ld
longitud de adherencia, en mm.
lp
longitud de la zona de formación potencial de rótulas plásticas (zona crítica), en mm
m
relación definida como: m = fy ⁄ (0,85 f´c).
r
relación entre el esfuerzo de corte menor y el mayor, cuando exista reversibilidad en
la dirección de los esfuerzos de corte, se tomará siempre negativo.
s
separación de la armadura transversal tomada en dirección paralela al eje
longitudinal del componente, en mm.
yt
distancia desde la fibra más traccionada hasta el eje baricéntrico de la sección sin
fisurar, en mm.
vb tensión de corte básica, en MPa.
vc
tensión nominal de corte provista por el hormigón, en MPa.
α
inclinación de la armadura diagonal con respecto al eje longitudinal del componente,
en radianes.
ef máx
cuantía efectiva de la armadura longitudinal traccionada en columnas.
cuantía máxima de la armadura longitudinal traccionada (tanto para la armadura superior como para la inferior), determinada usando el ancho del alma.
mín cuantía mínima de la armadura longitudinal traccionada (tanto para la armadura superior como para la inferior), determinada usando el ancho del alma.
s cuantía volumétrica de estribos circulares o en espiral.
t
cuantía de la armadura longitudinal total de columna ( t = Ast ⁄Ag ).
w cuantía de la armadura longitudinal traccionada ( w = As ⁄(bw d) ).
λo factor de sobrerresistencia del acero ( λo = 1,40 ).
factor de reducción de resistencia.
ob factor de sobrerresistencia flexional de vigas. oc factor de sobrerresistencia flexional de columnas.
ω factor de amplificación dinámica.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 24
2.1. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO
Se deberá elegir un mecanismo de colapso global, cinemáticamente admisible, de forma que la disipación de energía se produzca por deformaciones inelásticas de flexión en zonas previamente determinadas.
En el caso de pórticos donde el mecanismo de colapso elegido se base en el desarrollo de rótulas plásticas en vigas solamente, con la excepción de las columnas del último piso y de la sección inferior de las columnas del primer piso, el factor de reducción R deberá tener en cuenta el aumento en la demanda de ductilidad local en las rótulas plásticas de vigas que no se desarrollen en la cara de las columnas (ver artículo C 7.3.1.1.).
En el caso de pórticos donde se prevea la formación de un mecanismo de colapso del tipo piso débil, con rotulación plástica en capitel y base de todas las columnas del piso, las limitaciones en altura y el factor de reducción R deberán determinarse según el artículo 7.3.1.2.
Se admitirá que un número limitado de las columnas de un mismo piso desarrolle simultáneamente rótulas plásticas en capitel y base, siempre que un número suficiente de columnas permanezcan elásticas de forma de asegurar que no pueda formarse un piso débil, el factor de reducción R deberá determinarse según el artículo 7.3.1.3.
C 2.1. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO
De acuerdo con principios ampliamente aceptados, con sólo muy pocas excepciones, el mecanismo de colapso en estructuras de hormigón armado debe basarse en la flexión como fuente de disipación de energía. Por lo tanto, definitivamente deben suprimirse los mecanismos asociados con deformaciones inelásticas por corte, transferencia de esfuerzos por adherencia entre la armadura y el hormigón, e inestabilidad de los componentes. El diseñador, por lo tanto, deberá elegir la ubicación de las rótulas plásticas potenciales en vigas y columnas que posibiliten la formación de un mecanismo de colapso cinemáticamente admisible en el sistema estructural dado. El principio más importante en esta selección es que, para una ductilidad global dada, las ductilidades de curvatura asociadas en las rótulas plásticas permanezcan dentro de límites admisibles. Estas consideraciones se muestran en la Figura C2.1., donde se exhiben mecanismos de colapso deseables o aceptables, y aquéllos que deben evitarse. Se ha supuesto el mismo desplazamiento último, ∆u, para todos los sistemas.
Se conocen y se han aceptado las innumerables ventajas de un mecanismo tipo “columna fuerte-viga débil” en pórticos de varios pisos. Cuando se provee a las columnas con suficiente resistencia, se puede evitar la formación de rótulas plásticas en todos los niveles ubicados por encima del segundo, como se muestra en la Figura C2.1.(a). Cuando las columnas se detallan adecuadamente para que en sus extremos se formen rótulas plásticas, puede también aceptarse el mecanismo de la Figura C2.1.(b). Sin embargo, no debe permitirse la posibilidad de formación simultánea de rótulas plásticas en capitel y base de todas las columnas de un mismo piso, mecanismo de colapso local conocido con el nombre de “piso débil”, tal como se muestra en la Figura C2.1.(c). Es evidente que, en este caso, las demandas de ductilidad de curvatura pueden llegar a ser excesivas.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 25
El mecanismo de colapso mostrado en la Figura C2.1.(b), aunque puede aceptarse, requiere que los extremos de las columnas se confinen adecuadamente, de manera de conferirle a las secciones una capacidad de rotación plástica importante. Más aún, los empalmes por yuxtaposición de la armadura longitudinal, deben ubicarse en el centro medio. Se sabe que la capacidad de los empalmes por yuxtaposición se deteriora rápidamente bajo deformaciones cíclicas inelásticas, a menos que se provea una armadura transversal importante que suministre la fuerza de cierre necesaria. Otra razón para evitar ubicar empalmes por yuxtaposición en zonas de formación potencial de rótulas plásticas, aunque estén adecuadamente detallados, es la drástica reducción de la longitud sobre la cual las barras pueden fluir. Por lo tanto, para una rotación plástica dada, se desarrollarán en la armadura longitudinal deformaciones de tracción mayores. El fenómeno puede conducir a una concentración del daño en una longitud corta de la columna y quizás aún a una fractura prematura de las barras.
El sistema ilustrado en la Figura C2.1.(a) permite una reducción de la armadura transversal en los extremos de las columnas por encima del segundo nivel y la ubicación de los empalmes inmediatamente por encima de la cara superior de la losa. Esta concesión se justifica porque no se espera la formación de rótulas plásticas con demandas de ductilidad importantes en dichas columnas.
u
u
u
u
7
6
5
4
3
2
1
(a) Deseable (b) Aceptable (c) Debe evitarse
(d) Aceptable
u
u
R
≤
12
V ce V ce + V cp
≤
7
V ce
V cp
V cp
V cp
V ce
(e) Aceptable
(f) Aceptable con limitaciones
Figura C2.1. Mecanismo de colapso en edificios aporticados de varios pisos.
Cuando las columnas exteriores de un pórtico, que absorben las solicitaciones transmitidas por sólo una viga, se diseñan lo suficientemente resistentes como para asegurar que no se formará un mecanismo tipo “piso débil”, se acepta la formación simultánea de rótulas plásticas en capitel y base de todas las columnas interiores (Figura C2.1.(d)) si todas las zonas de formación potencial de las rótulas plásticas en estas columnas se detallan adecuadamente.
En la medida de lo posible deberá evitarse el desarrollo de rótulas plásticas en ambos extremos de columnas de pórticos con más de un piso. Se aceptarán pórticos con mecanismos tipo “piso débil” solamente cuando la ductilidad global asignada sea limitada. Más aún, para una ductilidad global supuesta, será necesario evaluar las demandas de ductilidad locales en los extremos de las columnas del “piso débil”, siendo posible que las
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 26
mismas tengan que detallarse con los requerimientos exigidos para componentes con ductilidad completa, aunque la estructura en su conjunto responda y haya sido diseñada con ductilidad limitada. La estructura mostrada en la Figura C2.1.(e) es un ejemplo que ilustra la necesidad de evaluar las demandas de ductilidad locales en función de la ductilidad global asociada con el desplazamiento ∆u. Tales estimaciones, basadas en relaciones geométricas elementales se especifican en el Capítulo 7.
Cuando se utilicen vigas de grandes luces, los requerimientos derivados de las cargas gravitatorias pueden ser más severos que los asociados con las demandas sísmicas. En estos casos, puede ser difícil o aun irracional diseñar las columnas interiores con resistencias mayores que las vigas. Como se muestra en la Figura C2.1.(f), la prevención de la formación de un “piso débil” se asigna a las columnas exteriores. Usualmente la ductilidad global de este tipo de estructuras debe ser limitada.
Cuando se eligen algunos de los mecanismos de colapso admisibles mostrados en la Figura C2.1., resulta evidente cuales son los componentes que deben permanecer elásticos de acuerdo con el diseño por capacidad. Todo lo que se necesita es evaluar la sobrerresistencia flexional de las rótulas plásticas seleccionadas, de acuerdo a cómo se las detalle y se construya. Las solicitaciones resultantes debidas al desarrollo de la ductilidad, conducen a las solicitaciones a utilizar para el diseño de los componentes o zonas que deben permanecer elásticas.
2.2. DISEÑO DE VIGAS
2.2.1. Limitaciones dimensionales 2.2.1.1. Para secciones rectangulares, con momentos aplicados en ambos extremos por vigas adyacentes, columnas o ambas, deberá cumplirse:
Ln bw
≤
25
Ln hb bw2
≤
100
2.2.1.2. Para vigas en voladizo de secciones rectangulares, deberá cumplirse:
[2.2 - 1] [2.2 - 2]
Ln bw
≤
15
Ln hb bw2
≤
60
[2.2 - 3] [2.2 - 4]
C 2.2.1.1. – C 2.2.1.2. Es importante que se establezca alguna relación entre la altura, ancho y luz libre de los componentes, particularmente si se espera que el componente exhiba una respuesta dúctil ante el terremoto de diseño. Si el componente es demasiado esbelto, puede ocurrir el pandeo lateral del borde comprimido. Si el componente es demasiado robusto (poco esbelto), puede ser difícil controlar la degradación de rigidez y resistencia que resulta de los efectos del corte.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 27
2.2.1.3. Para secciones rectangulares, T, L o I, el ancho mínimo de la zona comprimida no deberá ser menor que 180 mm.
bw ≥ 180 mm
[2.2 - 5]
2.2.1.4. Para secciones T o L, en donde el ala o las alas hayan sido construidas monolíticamente con el alma, deberá cumplirse:
(a) En vigas con momentos aplicados en ambos extremos por vigas adyacentes, columnas
o ambas:
Ln bw
≤
37,5
[2.2 - 6]
(b) En vigas en voladizo:
Ln bw
≤
22,5
[2.2 - 7]
C 2.2.1.4. Se reconoce la contribución de las alas, construidas monolíticamente con el alma, a la estabilidad de vigas T y L. Las expresiones [2.2-6] y [2.2-7] permiten una reducción del ancho mínimo del alma de vigas T y L respecto a las secciones rectangulares, expresiones [2.2-1] y
[2.2-3] respectivamente.
2.2.1.5. Cuando concurran vigas anchas a columnas, el ancho de la viga que deberá suponerse que resiste las solicitaciones transmitidas por la columna, no deberá ser mayor que el ancho de la columna, más una distancia a cada lado de la columna igual a un cuarto de la altura total de la columna (hc⁄4) en la dirección considerada (ver Figura 2.1.).
bw ≤ bc + 0,50 hc
[2.2 - 8]
bw ≤ 2 bc
bc
hc 4
bc Viga
hc 4
[2.2 - 9]
hc hc
bw
Columna
bw
Figura 2.1. Ancho máximo de vigas.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 28
C 2.2.1.5. Este requerimiento intenta asegurar que la viga no sea mucho más ancha que la
columna para que las barras de la armadura longitudinal de la viga, se mantengan
razonablemente cercanas al núcleo de la columna. Nótese que de acuerdo con el artículo 2.2.5.(e) se requiere que al menos el 75% de la armadura longitudinal efectiva de la viga deba
pasar a través de, o anclarse en, el núcleo de la columna.
2.2.2. Rigidez
2.2.2.1. La rigidez efectiva de la sección, que deberá tener en cuenta los efectos del agrietamiento, podrá obtenerse a través de un análisis seccional, teniendo en cuenta la resistencia nominal y la deformación de fluencia, o bien de acuerdo con la Tabla 2.1.
Tabla 2.1. Momento de inercia efectivo de la sección de vigas
Forma de la sección transversal
(a) Secciones rectangulares (b) Secciones T o L
Momentos de Inercia efectivos de la sección (Ie)
0,40 Ig 0,35 Ig
C 2.2.2.1. Para obtener predicciones reales de las deformaciones y de las solicitaciones internas en estructuras estáticamente indeterminadas, y para estimar el periodo de vibración, deben tenerse en cuenta los efectos del agrietamiento en la determinación de la rigidez de los componentes.
Aunque los efectos de agrietamiento en la rigidez flexional, varían a lo largo del componente de acuerdo con las características del diagrama de momentos, pueden adoptarse valores promedio de las propiedades efectivas de las secciones. Estos valores promedios deberán aplicarse a todas las secciones de los componentes prismáticos. El diseñador podrá justificar los valores de rigidez efectiva a través de un análisis momento – curvatura seccional, o bien, utilizar los valores recomendados en la Tabla 2.1. para vigas.
2.2.2.2. Para la determinación de los momentos de inercia de la sección bruta (Ig) en vigas T y L, se adoptarán como anchos efectivos los valores establecidos en el artículo 2.2.3.2.2., considerando solamente el 50 % del ancho de cada ala (bf).
2.2.3. Diseño a flexión El diseño a flexión de vigas deberá responder a la siguiente expresión:
Md = Mnb ≥ Mu
[2.2 - 10]
Donde el factor de reducción de resistencia deberá determinarse según el artículo 2.2.3.1., la resistencia nominal a flexión Mnb deberá determinarse según el artículo 2.2.3.2., y la resistencia requerida a flexión Mu deberá determinarse según el artículo 2.2.3.1.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 29
2.2.3.1. Resistencia requerida a flexión - Mu 2.2.3.1.1. Los momentos últimos (Mu) en vigas donde se prevea la formación de rótulas plásticas, se obtendrán a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., y se utilizarán en conjunto con los factores de reducción de resistencia ( ) dados en el artículo 1.5.1.2.
2.2.3.1.2. Los momentos últimos (Mu) en extremos de vigas donde no se prevea la formación de rótulas plásticas, se obtendrán de los momentos máximos posibles desarrollados en las rótulas plásticas de las columnas teniendo en cuenta el factor de sobrerresistencia ( oc ), establecido en la expresión [2.3-11] y evaluado para la sección de la columna en consideración. Para la determinación de la capacidad resistente flexional de la sección de la columna se utilizará la expresión [2.3-25]. En este caso, se utilizarán en conjunto con un factor de reducción de resistencia ( ) igual a 1,00.
C 2.2.3.1.1 – C 2.2.3.1.2. En un diseño sismorresistente tradicional, la demanda de momentos, en todos los componentes, viene dada por la combinación entre las cargas gravitatorias mayoradas y la acción sísmica.
Cuando se utiliza el diseño por capacidad en cambio, es necesario distinguir entre aquellos componentes o zonas dentro de un componente, que se quieren sean fuente de disipación de energía por deformaciones inelásticas, y aquéllos que deben permanecer elásticos. En el primer caso, la demanda de momentos viene dada por la combinación de los estados de carga establecidos en el artículo 1.3. En el segundo caso, en cambio, la demanda se obtiene a partir de los momentos que les transmiten las rótulas plásticas ubicadas en los componentes adyacentes, cuando éstas desarrollan su sobrerresistencia flexional, teniendo en cuenta todas las fuentes posibles de sobrerresistencia. En el caso de vigas, las fuentes de sobrerresistencia se limitan al endurecimiento del acero y a las posibles variaciones entre la tensión de fluencia especificada y la tensión real de fluencia. En las columnas, además de estos factores, deberá considerarse el aumento de resistencia del hormigón provisto por la armadura transversal.
2.2.3.1.3. En vigas que provean la ductilidad requerida, podrá realizarse una redistribución de momentos siempre que se cumplan las condiciones siguientes:
(a) La reducción del momento en cualquier tramo de una viga continua no deberá exceder el 30 % del valor absoluto del máximo momento derivado de un análisis elástico para cualquiera de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3.
(b) Los momentos positivos en el tramo de vigas, para cualquiera de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., deberán modificarse cuando se modifiquen los momentos negativos o positivos en el apoyo de manera que se satisfagan los requerimientos de equilibrio.
C 2.2.3.1.3. El propósito de la redistribución de momentos en vigas de pórticos dúctiles de hormigón armado, es lograr un diseño estructural eficiente adoptando las medidas siguientes:
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 30
(1) Reducir el máximo momento absoluto, usualmente en la zona de momento negativo de la viga, y compensarlo con un incremento en los momentos en las zonas no críticas (usualmente las zonas de momentos positivos). Esto hace posible una mejor distribución de la resistencia a lo largo de la viga. Cuando sea conveniente, la redistribución debería ser tal que los momentos positivos y negativos en las secciones críticas se acerquen, tanto como sea posible, a la igualdad.
(2) Igualar los requerimientos de momentos críticos en las secciones de las vigas ubicadas en los lados opuestos de columnas interiores, resultantes de la aplicación de la acción sísmica en ambos sentidos.
(3) Utilizar la capacidad mínima requerida por el Reglamento, para momento positivo cuando ésta exceda los requerimientos derivados de un análisis lineal elástico.
(4) Reducir las demandas de momentos en columnas críticas, particularmente las que se encuentran sometidas a bajos esfuerzos de compresión axial o a tracción axial. A veces esto es necesario para evitar el uso de armadura flexional excesiva en tales columnas.
El límite del 30% se establece para asegurar que las rótulas plásticas no ocurran prematuramente bajo terremotos moderados, y para que no aumente en forma excesiva la demanda de ductilidad rotacional.
2.2.3.2. Resistencia nominal a flexión - Mnb -
2.2.3.2.1. Hipótesis de diseño La resistencia nominal a flexión Mnb de las secciones transversales de vigas, deberá basarse en lo establecido en el artículo 10.2. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
2.2.3.2.2. Ancho efectivo de vigas T y L
En vigas T y L construidas monolíticamente con la losa, se deberá tomar como ancho efectivo de colaboración (be) en compresión (momento positivo) y en tracción (momento negativo), a la suma del ancho del alma de la viga (bw), y el ancho de una (bf) o dos alas según corresponda.
El ancho de cada ala (bf), medido desde la cara de la viga considerada, deberá tomarse como el menor de:
(a) Un octavo de la luz de la viga considerada, Lb /8;
(b) Ocho veces el espesor de la losa, 8 hs;
(c) La altura de la viga, hb;
(d) La distancia libre a la viga adyacente, multiplicada por hb1 / (hb1 + hb2). Siendo hb1 la altura de la viga considerada, y hb2 la altura de la viga adyacente.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 31
be
bf
bw
bf
be
bf
bw
hs
<ld hs
<ld hb hb
Figura 2.2. Ancho efectivo de colaboración de la losa (be), en vigas T y L construidas monolíticamente con la losa.
2.2.3.2.3. Resistencia nominal a flexión de vigas T y L
Para evaluar la resistencia nominal a flexión para momento negativo de vigas T y L construidas monolíticamente con la losa, además de considerar las barras longitudinales ubicadas dentro del ancho del alma de la viga (bw), podrá considerarse la colaboración de la armadura de la losa efectivamente anclada en el ancho de colaboración (be).
Dentro del ancho de colaboración, que deberá tomarse según lo especificado en el artículo 2.2.3.2.2., sólo podrán considerarse aquellas barras de la armadura superior e inferior de la losa que puedan desarrollar su resistencia a tracción (efectivamente ancladas) dentro de una zona de la losa limitada por una línea a 45° con el eje de la viga, a partir del centro de la sección de la columna, ver la Figura 2.3.
La colaboración de la armadura de la losa en el ancho de cada ala (bf) no podrá considerarse superior al 10% de la resistencia nominal a flexión total de la viga T o L.
be
be
zona de anclaje efectivo en la losa
línea a 45° de anclaje efectivo
Capa superior de barras de la losa
barras con ANCLAJE EFECTIVO
Capa inferior de barras de la losa
barras con ANCLAJE PARCIAL
Figura 2.3. Número de barras de la losa que colaboran con la resistencia flexional de la viga.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 32
2.2.3.2.4. Sobrerresistencia flexional de vigas T y L
Para evaluar la sobrerresistencia flexional para momento negativo de vigas T y L construidas monolíticamente con la losa, además de considerar las barras longitudinales ubicadas dentro del ancho del alma de la viga (bw), deberá considerarse la colaboración de la armadura de la losa efectivamente anclada en el ancho de colaboración (be).
Dentro del ancho de colaboración, que deberá tomarse según lo especificado en el artículo 2.2.3.2.2., sólo podrán considerarse aquellas barras de la armadura superior e inferior de la losa que puedan desarrollar su resistencia a tracción (efectivamente ancladas) dentro de una zona de la losa limitada por una línea a 45° con el eje de la viga, a partir del centro de la sección de la columna, ver la Figura 2.3.
C 2.2.3.2.3. – C 2.2.3.2.4. Algunas barras de la armadura de las losas coladas monolíticamente con las vigas, contribuirán a la resistencia a momento negativo en los apoyos de vigas continuas. Es muy importante estimar en forma precisa esta colaboración para economizar la cantidad de armadura ubicada en el alma de la viga (artículo 2.2.3.2.3.), y para evaluar la resistencia real de las vigas cuando deban protegerse las columnas de la formación de rótulas plásticas durante grandes desplazamientos inelásticos del pórtico (artículo 2.2.3.2.4.).
Una estimación detallada de la contribución de la armadura de la losa a la resistencia a momento negativo de una viga, debe tener en cuenta el ancho de la losa dentro del cual la armadura puede estar sometida a tracción significativa, lo que es dependiente de las condiciones de borde de la losa y del nivel de ductilidad impuesto. También es importante considerar si las barras de la losa están adecuadamente ancladas de forma que puedan desarrollar su resistencia a tracción, lo que depende de la ubicación y del anclaje de cada barra dentro de la losa.
2.2.4. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas (zonas críticas)
La longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas deberá tomarse:
(a) Cuando la sección crítica se ubica en la cara del apoyo, sea una columna o un tabique, dos veces la altura de la viga (2 hb), medida desde la sección crítica hacia el centro de la luz, ver la Figura 2.4.
(b) Cuando la sección crítica se ubica a una distancia no menor a la altura de la viga (hb) ó 500 mm desde la cara del apoyo, sea una columna o un tabique, la mitad de la altura de la viga (0,50 hb) ó 250 mm desde la sección crítica hacia el apoyo, y una vez y media la altura de la viga (1,50 hb) desde la sección crítica hacia el centro de la luz de la viga, ver la Figura 2.5.
(c) Cuando la sección crítica se ubica en el tramo de la viga, dos veces la altura de la viga (2 hb), a ambos lados de la sección crítica, ver la Figura 2.4.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 33
2 hb
2 hb
2 hb
2 hb
hb
Sección Crítica
Sección Crítica
hb
Sección Crítica
A
d
Corrimiento de la tracción Md=øMn
Mu
-
Diagrama de tracciones requeridas
+
C
+
B
d
-
Figura 2.4. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas cuando la sección crítica se ubica en la cara de la columna y en el tramo de la viga.
≥ hb X o 500mm
≥ hb
X
o 500mm
hb
0,5hb ≥ 1,5 hb o 250mm
≥ 2 hb
X Sección Crítica
0,5hb ≥ 1,5 hb o 250mm
≥ 2 hb
X Sección Crítica
Figura 2.5. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas cuando la sección crítica se aleja de la cara del apoyo.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 34
C 2.2.4. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas (zonas críticas)
Se detallan, a continuación, las tres zonas donde pueden formarse rótulas plásticas en vigas:
(a) Zonas adyacentes a las caras de las columnas, donde la armadura superior e inferior puede estar sometida a fluencia en tracción y compresión debido a la reversibilidad del momento flector.
(b) Cuando una rótula plástica deliberadamente se ubica alejada de la cara de la columna, debe diseñarse de manera que su sección crítica esté al menos a una distancia igual a la altura de la viga, hb, de la cara del apoyo, sea una columna o un tabique, ó 500 mm. Esto ocurrirá cuando la armadura flexional se termine en forma abrupta, curvándola hacia adentro de la viga, o cuando una parte significativa de la armadura flexional se curve diagonalmente a través del alma, o cuando la sección transversal coincida con la sección extrema de una cartela. Se considera que, ante cargas reversibles, la fluencia puede extenderse a la zona ubicada entre la sección crítica y la cara de la columna o tabique. Por lo tanto, se deben disponer armaduras transversales especiales en una longitud al menos igual a 0,50 hb ó 250mm antes de la sección crítica y que se extiendan 2 hb hasta una distancia igual a 1,50 hb pasada la sección crítica hacia el centro de la luz de la viga. El detallado de estas zonas requiere una atención particular.
(c) En las zonas de momento positivo, dentro de la luz de una viga, puede formarse una rótula plástica unidireccional sin posibilidad de que se desarrolle una rótula negativa. En esta zona, el peligro de pandeo de las barras en compresión es mucho menor, ya que las barras no han fluido en tracción en el ciclo de carga previo. Más aún, tal rótula plástica es probable que se extienda y, bajo fluencia, tome poco esfuerzo de corte. A causa de la variabilidad de las cargas gravitatorias durante un terremoto severo, la posición de la sección crítica de la rótula plástica, puede no ser posible determinarla con precisión.
2.2.5. Armadura longitudinal
(a) Cuantía máxima de la armadura traccionada: En cualquier sección de una viga dentro de una zona de formación potencial de rótulas plásticas la cuantía de la armadura traccionada no deberá ser mayor que el menor de los siguientes valores:
máx
=
f´c + 10 6 fy
ó
máx = 0,025
[2.2 - 11]
La cuantía deberá determinarse usando el ancho del alma del componente (bw).
C 2.2.5.(a) Cuantía máxima de la armadura traccionada: La evaluación de la cuantía de armadura longitudinal traccionada en vigas ( w) deberá realizarse usando el ancho del alma (bw), la altura útil (d) del componente, y el área de armadura traccionada (As), según la siguiente expresión (ver la Figura C2.2.-a-):
w
=
As bw d
En vigas con armadura distribuida en las caras laterales, deberá aplicarse la siguiente expresión (ver la Figura C2.2.-b-):
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 35
w
=
1 bw d
[As
+
∑
(Asi
di d
)]
d d1
d2 d
As2
As1
As
As
bw
bw
(a)
(b)
Figura C2.2. Esquema de armaduras para determinación de la cuantía en vigas.
La ductilidad de una zona de rótula plástica depende del valor del factor de ductilidad de
curvatura = u⁄ y que puede lograrse en la sección crítica, donde u = εc⁄c es la
curvatura hormigón,
última de la sección, c la profundidad del eje
εnceulatrod,eyfo r my laaccióunrvaetsupreacaíflicinaiciúoltdimeala
de compresión fluencia.
del
Los análisis momento-curvatura han demostrado que, manteniendo constantes las otras variables, el factor de ductilidad de curvatura disponible = u⁄ y aumenta si:
(1) La cuantía de la armadura traccionada disminuye.
(2) La cuantía de la armadura comprimida aumenta.
(3) La tensión de fluencia especificada fy disminuye.
(4) La resistencia a compresión del hormigón f´c aumenta.
La expresión [2.2-11] asegura que, cuando la deformación de compresión en la fibra extrema
del hormigón es 0,004, se u⁄ y = 7, cuando fy = 420
logra un factor de ductilidad de MPa en una sección rectangular
curvatura de al con una cuantía
menos = de armadura
comprimida igual a 0,50 de la cuantía de la armadura traccionada.
Una deformación en la fibra más comprimida del hormigón de 0,004, es un límite inferior para
el comienzo de la pérdida del recubrimiento cuando se usa hormigón de resistencia normal.
El confinamiento del núcleo de hormigón de una viga, provisto por estribos en la zona de
formación potencial de rótulas plásticas, asegura que dicho núcleo puede soportar deformaciones mucho mayores que 0,004 y, por lo tanto, permitir alcanzar valores mucho mayores que 7 para el factor de ductilidad de curvatura (al menos = 20) junto con la pérdida del recubrimiento.
La los
expresión [2.2-11] datos con los que
indica se ha
que máx obtenido
aumenta con la resistencia del hormigón. Sin embargo, la expresión cubren resistencias hasta alrededor de 35
MPa. Se especifica que máx no sea mayor que 0,025, ya que este valor es un máximo
práctico.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 36
(b) Armadura comprimida: En cualquier sección de una viga dentro de una zona de
potencial formación de rótulas plásticas, el área de la armadura longitudinal comprimida (A´s) deberá ser al menos igual a la mitad del área de la armadura longitudinal traccionada (As). Se exceptúa el caso de secciones de vigas T o L coladas in situ con la losa, cuando la armadura de compresión se ubique dentro de la altura del ala en compresión en una
sección sometida a momento positivo. Se exceptúa el caso de vigas con armadura
distribuida en las caras laterales.
C 2.2.5.(b) Armadura comprimida: El área de la armadura comprimida, debe ser al menos igual a 1/2 del área de la armadura traccionada, para asegurar una ductilidad adecuada en
las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, y para asegurar una mínima armadura
de tracción por cualquier reversión de momentos. Con menos armadura de compresión, la
armadura de tracción debería reducirse considerablemente, para asegurar una razonable
ductilidad de curvatura. Cuando el área de la armadura comprimida A´s es mayor que 1/2 del
área de la armadura traccionada, incrementarse. Por ejemplo, si A´s =
la cuantía máx dada por la 0,75 As podría incrementarse
expresión al menos
[2.2-11] un 30%.
podría
No se necesita cumplir este requerimiento en vigas de sección T o L sometidas a momento positivo, cuando el ala comprimida se hormigone monolíticamente con la losa, debido al gran ancho del área comprimida de hormigón.
(c) Cantidad mínima de la armadura traccionada:
(i) Procedimiento general: La resistencia nominal a flexión, en cualquier sección de una viga, no deberá ser menor que 1,5 veces el momento flector de primera fisuración de la sección sin armadura:
Mnb ≥ 1,5 Mcr
[2.2 - 12]
El momento flector de primera fisuración de una sección sin armadura podrá
evaluarse según:
Mcr
=
0,6 √f´c Ig yt
[2.2 - 13]
Donde el término 0,6 √f´c es la resistencia a tracción por flexión del hormigón; e yt es la distancia desde la fibra más traccionada hasta el eje baricéntrico de la sección
sin fisurar.
(ii) Cuantía mínima: Podrá prescindirse lo especificado en el artículo 2.2.5.(c)(i), si en cualquier sección de una viga, la cuantía de la armadura traccionada, determinada usando el ancho del alma (bw) y, para momento negativo, la colaboración de la armadura de la losa efectivamente anclada en el ancho de colaboración (be) según el artículo 2.2.3.2.3., no es menor que el mayor de los siguientes valores:
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 37
Para vigas rectangulares, y vigas T o L con el ala comprimida (momento positivo):
mín
=
0,25
√f´c fy
ó
mín
=
1,4 fy
[2.2 - 14]
Para vigas T o L hiperestáticas, con el ala traccionada (momento negativo):
mín
=
0,40
√f´c fy
ó
mín
=
2,2 fy
[2.2 - 15.a]
Para vigas T o L estáticamente determinadas (vigas en voladizo), con el ala traccionada (momento negativo):
mín
=
0,50
√f´c fy
ó
mín
=
2,8 fy
[2.2 - 15.b]
C 2.2.5.(c) Cantidad mínima de la armadura traccionada: Se requiere una cantidad mínima de armadura longitudinal traccionada para evitar una falla frágil al comienzo del agrietamiento. Se prescribe un procedimiento general en el artículo 2.2.5.(c)(i) a partir de la determinación del momento de primera fisuración de la sección sin armadura. Alternativamente, el artículo 2.2.5.(c)(ii) permite obtener la cantidad mínima de armadura traccionada mediante cuantía.
(d) Mínima armadura longitudinal: Al menos 1/4 de la mayor de las armaduras longitudinales superiores requeridas en los extremos de vigas deberá continuarse en toda su longitud. Se colocarán al menos dos barras de diámetro 12 mm de acero ADN 420, como armadura superior e inferior de la viga en toda su longitud.
C 2.2.5.(d) Mínima armadura longitudinal: Se dispondrán al menos dos barras longitudinales de 12 mm de diámetro en la cara superior y en la cara inferior de la viga en toda su longitud. Esto es para asegurar continuidad de la armadura y alguna capacidad a momento positivo y negativo en toda la longitud, para permitir deformaciones inesperadas y distribuciones de momentos en terremotos severos.
(e) Mínima armadura a través del núcleo de columnas: Al menos el 75% de la armadura longitudinal, ubicada dentro del ancho del alma de una viga (bw), deberá pasar a través del núcleo de la columna o ser anclada en el mismo. Cuando la cantidad de armadura longitudinal esté controlada por la combinación de cargas gravitatorias sin sismo, sólo se requiere que el 75% de la armadura requerida para la combinación de carga gravitatoria con sismo pase a través de, o sea anclada en, el núcleo de la columna.
C 2.2.5.(e) Mínima armadura a través del núcleo de columnas: Para asegurar la transferencia de esfuerzos dentro de nudos viga–columna bajo acciones sísmicas horizontales, se estipula que al menos un 75% de la armadura flexional de la viga ubicada dentro del alma y requerida para la combinación de las cargas gravitatorias con la acción sísmica, debe pasar
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 38
a través de, o ser anclada en, el núcleo de la columna. En pórticos sometidos a la acción sísmica, es deseable ubicar las armaduras principales superiores e inferiores dentro del ancho del alma, y llevarlas a través, o dentro del núcleo de las columnas. El núcleo de la columna es el volumen de hormigón contenido dentro de los estribos ubicados alrededor de las barras longitudinales de la columna, con las limitaciones establecidas en el artículo 2.4.1.
2.2.6. Armadura transversal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
Se deberán proveer estribos en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, de acuerdo con lo siguiente:
C 2.2.6. Armadura transversal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
Los estribos en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en vigas, deben cumplir tres propósitos fundamentales.
El primero, es prevenir el pandeo de las barras longitudinales comprimidas. La separación requerida de los estribos, para prevenir el pandeo de las barras que fluyen en tracción y compresión como consecuencia de la reversión de momentos, es mucho menor que para las barras que sólo fluyen en compresión con flexión monótona, ya que el efecto Bauschinger causa una reducción del módulo tangente del acero a bajos niveles de tensión.
El segundo propósito de los estribos, es proveer confinamiento en la zona de hormigón comprimido. Aún en vigas con la misma cantidad de armadura superior e inferior, es esencial preservar el hormigón en el núcleo de la sección, de otra manera, luego de la pérdida del recubrimiento, las barras longitudinales podrían pandear lateralmente.
El tercer propósito de los estribos es proveer resistencia al corte.
(a) Disposición de los estribos: Deberán disponerse estribos perpendiculares al eje de la viga de manera que cada barra longitudinal o conjunto de barras en la cara superior e inferior de la viga, estén restringidas para prevenir el pandeo por un codo a 90° de un estribo cerrado, o por un gancho comprendido entre 135° y 180° de un estribo suplementario de una rama. Se exceptúan las barras intermedias que estén ubicadas entre dos o más barras restringidas por el mismo estribo cerrado y que no disten entre sí más de 200 mm, ver la Figura 2.6.(a).
Los ganchos extremos de estribos cerrados deberán estar comprendidos entre 135° y 180°, rodeando una barra longitudinal de la viga.
Si una capa horizontal de barras longitudinales está ubicada a más de 100 mm de la cara interna de la rama horizontal del estribo adyacente, las barras externas de dicha capa deberán restringirse lateralmente por un gancho comprendido entre 135° y 180° de un estribo suplementario de una rama, que deberá cumplir con lo especificado en el artículo 2.2.6.(b), ver la Figura 2.6.(c). Si una capa horizontal de barras longitudinales está ubicada a una distancia superior a un cuarto de la altura de la viga (hb /4) medido desde el borde comprimido de la sección, no será necesaria la restricción lateral de las barras extremas.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 39
C 2.2.6.(a) Disposición de los estribos: Para asegurar en vigas que las barras comprimidas no puedan pandear cuando alcancen la fluencia, deben estar restringidas por un codo a 90º de un estribo cerrado, como muestra la Figura 2.6.(a). Se aprecia que las barras 1 y 2 están bien restringidas. La barra 3 no necesita estar restringida por un codo porque las barras adyacentes restringidas por el mismo estribo cerrado se ubican a menos de 200 mm. Esto,
sin embargo, afectará a la sección transversal de los estribos, de acuerdo con lo estipulado en la expresión [2.2-16], (∑ Ab). También se admite la utilización de estribos suplementarios verticales de una rama, donde deberán utilizarse ganchos comprendidos entre 135° y 180°.
Las barras exteriores ubicadas en la segunda o tercera capa en una viga, pueden pandear
hacia fuera si se ubicaran demasiado lejos de una rama horizontal de un estribo. Esta situación
se ilustra en la Figura 2.6.(c), que muestra un solo estribo horizontal en la tercera capa, porque estas barras exteriores están a más de 100 mm de la rama horizontal inferior. Las barras
exteriores en la segunda capa mostradas en la Figura 2.6.(b) y (c) se consideran satisfactoriamente restringidas ya que están situadas a no más de 100 mm de la rama
horizontal inferior de los estribos. En la Figura C2.3. se resumen los distintos casos referidos
a la restricción al pandeo de una segunda capa de barras longitudinales.
Y X
BE: barra externa BI: barra interna
ANÁLISIS BARRAS 2° CAPA
2° CAPA 1° CAPA
dx>75 BE BI BE
≤ 200
dy
Posibilidad de
Caso
Pandeo
BE-X BE-Y BI-X BI-Y
(a) dy ≤ 75
SI SI NO SI
(b) 75 < dy ≤ 100
SI NO NO NO
(c) 100 < dy ≤ hb /4 SI NO NO NO
(d) dy > hb /4
NO NO NO NO
Restricción BE XY
Incluir en ΣAb expresión [2.2-16] BE-X BE-Y BI-X BI-Y
NO NO SI SI NO SI
NO NO SI NO NO NO
SI NO NO NO NO NO
NO NO NO NO NO NO
Ate= (Ab1+Ab3+0,5Ab2+0,5Ab4 ) / 16 (análisis en Y)
Ate= (Ab3+0,5Ab4 ) / 16 (análisis en Y)
dx>75 121
dx>75 121
Caso (a)
343
dy
dy ≤ 75
Caso (b)
≤ 200
Ate= (Ab1+Ab3 ) / 16 (análisis en X)
Ate= (Ab3+0,5Ab4 ) / 16 (análisis en Y)
343
dy
75 < dy ≤ 100
≤ 200
Ate= (Ab1+Ab3 ) / 16 (análisis en X)
Ate= (Ab3+0,5Ab4 ) / 16 (análisis en Y)
Caso (c)
dx>75 1 21
343
dy
Ate= Ab1 / 16 (análisis en X)
100 < dy ≤ hb /4
≤ 200
Ate= Ab3 / 16 (análisis en X)
Caso (d)
121 dx>75
343
dy
dy > hb /4
≤ 200
Ate= Ab3 / 16 (análisis en X)
Figura C2.3. Restricción al pandeo de una segunda capa de barras longitudinales, considerando que fy = fyt, y una separación s = 6db.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 40
(b) Sección de los estribos: El diámetro de los estribos no deberá ser menor que 6 mm, y el área de la sección de una rama en la dirección del pandeo potencial de la barra longitudinal no deberá ser menor que:
Ate
=
∑ Ab 96
fy fyt
s db
[2.2 - 16]
siendo ∑ Ab , la suma de las áreas de las barras longitudinales que se encuentran restringidas, por esa rama, para prevenir el pandeo de acuerdo con lo establecido en el artículo 2.2.6.(a). Deberá incluirse en ∑ Ab, el área tributaria de las barras longitudinales exceptuadas en el artículo 2.2.6.(a), ver la Figura 2.6 (a).
Las barras longitudinales cuyo eje se ubique a más de 75 mm de la cara interior del estribo, no necesitan ser consideradas en la determinación del valor de ∑ Ab, ver las Figuras 2.6 (b) y (c).
Ate= Ab1 / 16 Ate = (Ab2 + 0,50 Ab3 ) /16
Ate= (Ab1 + Ab3 ) / 16 Ate = (Ab2 + Ab4 ) /16
Ate = Ab1 / 16 Ate = Ab6 / 16
≤ 75 ≤ hb / 4 90 80
1 2 32 1
1 22 1 3 44 3
1
22
1
3 44 3
5 665
≤ 200
(a)
>75
Ate = (Ab3 + Ab5 ) / 16
(b)
(c)
Figura 2.6. Disposición y área de la sección de estribos en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, considerando que fy = fyt, y una separación s = 6db.
C 2.2.6.(b) Sección de los estribos: Se considera que la capacidad de un estribo a tracción, no debe ser menor que 1/16 del esfuerzo necesario para que la barra o grupo de barras que
se quiere restringir entre en fluencia, con una separación de estribos igual a 6 db. Por ejemplo, eaeAlpl1áoá⁄ryr1eeo6aaasdduleaeplobloenassriertearnisbdctoroeibnqqotuursaeelin3lrate.esEtretinroninresegilósec,nódlmadesepbuebfltauosreerdnarecsAi∑adteeAd=ebe,s(teoAqldu2áai+nrsea0ala,e5tsrn0ibblAuaatr3arF)ar⁄iisga1ue6drseaplluaa2es.6msb.(idasaerm)rb.aaesd.nenS,boiaenrdeseesemmtrribnáAgastireddgaa=osr, debe basarse en su posición relativa a los dos estribos adyacentes.
La Figura 2.6.(b). muestra nuevamente que fy = fyt, el
una área
viga con 8 barras con de los estribos idénticos
la misma será Ate =
s2ecAcbió⁄n16Aab
. Suponiendo causa de que
la segunda capa de barras está a menos de 75 mm de la cara interior del estribo. Sin embargo,
los estribos verticales internos para las barras mostradas en la Figura 2.6.(c), sólo necesitan
soportar una barra longitudinal, porque la segunda capa se ubica a más de 75 mm de la cara
interior de los estribos.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 41
(c) Separación máxima de los estribos en rótulas plásticas bidireccionales: En la zona de formación potencial de rótulas plásticas definida en el artículo 2.2.4.(a) y (b), la separación entre estribos no deberá superar:
(i) 6 veces el diámetro de la barra longitudinal (6 db) de menor diámetro a ser restringida en las capas exteriores.
(ii) Un cuarto de la altura útil de la viga (d /4).
En el caso definido en el artículo 2.2.4.(a), el primer estribo en una viga deberá ubicarse tan cerca como sea posible a los estribos de las columnas y no deberá estar alejado más de 50 mm de la cara de la columna.
(d) Separación máxima de los estribos en rótulas plásticas unidireccionales: En zonas de formación potencial de rótulas plásticas definidas en el artículo 2.2.4.(c) la separación de estribos no deberá superar:
(i) 10 veces el diámetro de la barra longitudinal (10 db ) de menor diámetro a ser restringida en las capas exteriores.
(ii) Un tercio de la altura útil de la viga (d /3).
En zonas de formación potencial de rótulas plásticas definidas en el artículo 2.2.4.(c) el área de los estribos podrá no satisfacer la expresión [2.2-16].
Cuando la zona de formación potencial de rótulas plásticas definida en el artículo 2.2.4.(c), se superponga con las definidas en los artículos 2.2.4.(a) o (b), la separación y área de los estribos deberán cumplir los requerimientos del artículo 2.2.6.(c).
C 2.2.6.(c) - C 2.2.6.(d) Separación máxima de los estribos: Las limitaciones para la separación máxima son para asegurar que las barras longitudinales estén adecuadamente restringidas para evitar el pandeo y para que el hormigón tenga un confinamiento razonable. Las limitaciones son más severas si las barras longitudinales pueden fluir en tracción y compresión.
(e) Contribución a la resistencia al corte: Se admite que los estribos que responden al presente artículo contribuyen, además, a la resistencia al corte de la viga.
C 2.2.6.(e) Contribución a la resistencia al corte: En las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en los extremos de vigas, puede requerirse una importante armadura transversal para resistir el esfuerzo de corte. Todas las ramas verticales de los estribos requeridos de acuerdo con el artículo 2.2.6. deben también considerarse que contribuyen a la resistencia al corte.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 42
2.2.7. Diseño a corte El diseño a corte de vigas deberá responder a la siguiente expresión:
Vd = Vn ≥ Vu
[2.2 - 17]
Donde el factor de reducción de resistencia deberá determinarse según el artículo
2.2.7.1., la resistencia nominal a corte Vn deberá determinarse según el artículo 2.2.7.3., y la resistencia requerida a corte Vu deberá determinarse según el artículo 2.2.7.1.
2.2.7.1. Resistencia requerida a corte - Vu -
El esfuerzo de corte último (Vu ) deberá determinarse a partir de la capacidad flexional, considerando la sobrerresistencia desarrollada en las secciones críticas de vigas o columnas, según corresponda, y de la carga gravitatoria mayorada. La capacidad flexional de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, deberá determinarse considerando las secciones de armaduras reales dispuestas en la viga, la colaboración de la losa según el artículo 2.2.3.2.4., y una tensión en el acero igual a 1,40 veces la tensión nominal de fluencia.
En este caso, el esfuerzo de corte último se utilizará en conjunto con un factor de reducción de resistencia =1,00.
C 2.2.7.1. Resistencia requerida a corte - Vu -
Se pretende prevenir una falla por corte bajo las máximas acciones sísmicas posibles. De acuerdo con ello, la resistencia de diseño al corte debe ser igual o mayor que el corte último obtenido por capacidad. El factor de reducción de resistencia deberá tomarse igual a 1,00. El factor 1,40 por el que hay que mayorar la tensión de fluencia especificada pretende tener en cuenta las fuentes de sobrerresistencia del acero, esto es, las variaciones entre la tensión real y la especificada y el endurecimiento por deformación.
El procedimiento para obtener por capacidad, se muestra en
el la
eFsigfuuerrazoC2d.e4.coLratevúigltaim, cooennavpigoayossVAu,
con yB
criterios de diseño en columnas y luz
libre LAB, está sometida a una carga uniforme mayorada proveniente de las combinaciones de
estados de carga indicadas en el artículo 1.3.
Se supone que, cuando ocurre un sismo severo, la viga es capaz de alcanzar en ambas caras de las columnas los momentos de sobrerresistencia Mob = 1,4 Mnb. En estas circunstancias, la viga puede tratarse como una estructura isostática, sometida a la acción de los momentos de sobrerresistencia en sus extremos y a la carga vertical antes indicada.
Para la dirección de la acción sísmica indicada en la Figura C2.4.(b), el corte máximo se dará en el apoyo B, y según la notación de la Figura C2.4. tendrá un valor de:
VuB
= VGB + VoE⃗⃗
=
VGB +
MoA+ + MoBLAB
≤
VGB
+ V ⃗EB⃗
R 1,50
Análogamente, el corte mínimo se dará en el apoyo A, y tendrá un valor de:
VuA
= VGA - VoE⃗⃗
≤
VGA - V E⃗A⃗
R 1,50
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 43
Para la dirección de la acción sísmica opuesta a la tratada anteriormente, el corte máximo se dará en el apoyo A, y según la notación de la Figura C2.4. tendrá un valor de:
VuA
=
VGA + VoE⃖⃗⃗
=
VGA +
MoA- + MoB+ LAB
≤
VGA + V E⃖A⃗⃗
R 1,50
Análogamente, el corte mínimo se dará en el apoyo B, y tendrá un valor de:
VuB = VGB - Vo⃖E⃗⃗
≤
VGB - V E⃖B⃗⃗
R 1,50
Para los momentos negativos, se deberá considerar la colaboración de la losa en la sobrerresistencia flexional de la viga, según lo indicado en el artículo 2.2.3.2.4.
1D + 2L
(a)
LAB
A
B
MB o
MB n
MB u
-
(b)
MA u
+
MA n
solicitaciones y resistencias
MA o
1D + 2L
MB o
(c) Eo
viga isostática
MA o
con momentos Mo
(d)
MA o
+
(e)
Eo
VoE
qL2
-
MB o
8
solicitaciones con Mo y carga q
-
(f)
VA G
+
-
VB G
Figura C2.4. Determinación del esfuerzo de corte último Vu en vigas.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 44
(g)
Eo
VuA
-
VuB VuA
+
(h)
Eo
VuB
Figura C2.4. (continuación) Determinación del esfuerzo de corte último Vu en vigas.
2.2.7.2. Máxima resistencia requerida a corte Vu en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
En las secciones críticas de formación potencial de rótulas plásticas deberá satisfacerse:
(a) La resistencia requerida a corte (Vu) no deberá exceder, a excepción de lo establecido en el artículo 2.2.7.2.(b), los siguientes límites:
Vu ≤ 0,16 f´c Acv
[2.2 - 18.a]
Vu ≤ 0,85 √f´c Acv
[2.2 - 18.b]
En ningún caso deberán tomarse valores de f´c mayores que 50MPa.
C 2.2.7.2.(a) El límite de la resistencia requerida a corte (Vu) controlará el diseño a corte en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, con ello se logra prevenir fallas por compresión diagonal.
Cuando la resistencia requerida a corte se acerca a este límite, es probable que se dificulte la disposición de armadura transversal.
(b) La resistencia requerida a corte (Vu) podrá ser mayor que el límite dado por el artículo 2.2.7.2.(a), sólo si el esfuerzo de corte es resistido por armadura diagonal.
C 2.2.7.2.(b) Cuando se utilice armadura diagonal de manera tal que todo el corte en cada sección pueda resistirse sólo por los esfuerzos de compresión y tracción en el acero, como es el caso de las vigas de acoplamiento armadas diagonalmente, no es necesario limitar la resistencia requerida a corte (Vu).
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 45
2.2.7.3. Resistencia nominal a corte - Vn La resistencia nominal a corte Vn deberá determinarse según la siguiente expresión:
Vn = Vc + Vs
[2.2 - 19]
Donde la resistencia proporcionada por el hormigón Vc deberá determinarse según el artículo 2.2.7.3.1., y la resistencia proporcionada por la armadura de corte Vs deberá determinarse según el artículo 2.2.7.3.2.
2.2.7.3.1. Resistencia proporcionada por el hormigón - Vc -
La resistencia nominal a corte proporcionada por el hormigón Vc deberá determinarse según la siguiente expresión:
v Vc = c Acv
[2.2 - 20]
Donde el área efectiva de corte Acv deberá determinarse según la siguiente expresión:
Acv = bw d
[2.2 - 21]
La tensión nominal de corte provista por el hormigón vc, deberá tomarse como:
(a) En las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, de acuerdo con lo establecido en el artículo 2.2.4.:
vc = 0
[2.2 - 22.a]
(b) En las zonas normales, excepto en vigas de gran altura:
vc = kavb
[2.2 - 22.b]
Donde ka en un factor que depende del tamaño máximo del agregado: ka = 1,00 para agregados de tamaño máximo igual o mayor que 20mm; ka = 0,85 para agregados de tamaño máximo igual o menor que 10mm; se deberá interpolar linealmente para valores intermedios
del tamaño máximo del agregado.
La tensión de corte básica vb, deberá determinarse según la siguiente expresión:
vb = (0,07 + 10 w) √f´c ≤ 0,20 √f´c
[2.2 - 23]
Para la determinación de vb no deberán tomarse valores de f´c mayores que 50MPa.
C 2.2.7.3.1. Resistencia proporcionada por el hormigón - Vc -
vLab
contribución del hormigón a la dada por la expresión [2.2-23].
resistencia al corte es función de la tensión de corte básica El uso de la tensión de corte básica, se basa en los criterios
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 46
sustentados por el Comité ACI-ASCE 426 y representan un apartamiento de lo prescrito en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005. Para utilizar
la expresión [2.2-23], el diseñador determina primero la armadura longitudinal requerida por
flexión, y luego controla la capacidad al corte teniendo en cuenta la interrupción de la
armadura longitudinal. La cuantía w está dada en función del ancho del alma, y se utilizarán
las expresiones del artículo C 2.2.5.(a). Sin embargo, sólo podrán considerarse aquellas
barras que o mayor, el
pvoasloeradnelavlbonsgeitluimditdaecaonncl0a,j2e0a√pfa´cr.tir
de
la
sección
considerada.
Para
ρw
=
0,0013
El corte resistido por el hormigón depende, fundamentalmente, de la resistencia a tracción del
hormigón, incluida longitudinal w, del relación entre la luz de M⁄Vd.
en la expresión [2.2-23] como √f´c , de la cuantía de la armadura
tamaño de corte
ymlaáxailmtuoradoeMl a⁄gVrde.gPaodros; imy pplaicriadaludcvecs
de corte reducidas, de la se ha hecho independiente
Se supone que la contribución del hormigón a la resistencia al corte es despreciable en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en vigas y, por lo tanto, se requiere
armadura transversal para cubrir la demanda total elásticas, comprendidas entre las anteriores, el valor de
vdceviceonreted.aEdon
las por
zonas esencialmente la expresión [2.2-22.b].
La tensión de corte vc debe tomarse como un valor índice, este no refleja una distribución real
de tensiones en una sección de hormigón armado, y se asocia al área efectiva de corte Acv,
determinada según la expresión [2.2-21]. El área efectiva de corte Acv representa el área del
alma de la viga, ver Figura C2.5.
d d d
Acv
bw
bw
bw
Figura C2.5. Área efectiva de corte en vigas.
2.2.7.3.2. Resistencia proporcionada por la armadura - Vs -
La resistencia nominal a corte proporcionada por armadura de corte perpendicular al eje de la viga deberá determinarse según la siguiente expresión:
Vs
=
Av
fyt s
d
[2.2 - 24]
Donde Av es el área total de estribos en una capa, y s es la separación entre capas de estribos.
2.2.8. Armadura de corte
2.2.8.1. Separación máxima de estribos La separación entre estribos en vigas no deberá ser mayor que:
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 47
(a) 0,50 d o 600 mm; (b) Cuando Vs > 0,07 f´c bw d: 0,25 d o 300 mm.
C 2.2.8.1. Separación máxima de estribos Con la separación máxima establecida se pretende asegurar que los planos potenciales de falla por tracción diagonal estén atravesados por un conjunto suficiente de estribos.
2.2.8.2. Armadura diagonal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
En las secciones críticas de formación potencial de rótulas plásticas, donde debido a la reversibilidad de las solicitaciones sísmicas, las armaduras (superior e inferior) puedan estar sujetas a fluencia por tracción, deberá satisfacerse:
(a) Cuando la resistencia requerida a corte (Vu) satisfaga la siguiente condición:
Vu > 0,25 (2 + r) √f´c Acv
[2.2 - 25]
Deberá proveerse armadura de corte diagonal en el alma de la viga en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, en una o ambas direcciones, para resistir un esfuerzo de corte dado por la siguiente expresión:
Vdi
= 0,70
( Vu Acv √f´c
+ 0,40) (- r) Vu
[2.2 - 26]
Donde r = Vu mín⁄Vu máx < 0, es la relación entre el esfuerzo de corte menor y el mayor, en las zonas de formación potencial de rotulas plásticas, cuando exista reversibilidad en la dirección de los esfuerzos de corte, siempre se tomará en valor negativo.
Sólo necesita considerarse Vdi cuando: -1,00 ≤ r ≤ -0,20 , teniendo en cuenta la reversibilidad de los esfuerzos de corte.
C 2.2.8.2.(a) Estas prescripciones intentan salvaguardar a las vigas sometidas a cargas cíclicas reversibles, de una falla de corte por deslizamiento y reducir la pérdida de disipación de energía debido al deslizamiento transversal en las zonas de rótulas plásticas. Cuando la armadura superior e inferior fluyen progresivamente, se desarrollan grietas que se extienden a toda la altura de la sección. Esto puede reducir significativamente la capacidad de transferencia del corte de interfaz del hormigón y puede sobrecargar el mecanismo de pasador de la armadura longitudinal. Por lo tanto, cuando la resistencia requerida a corte (Vu) en ambas direcciones supera 0,25 √f´c Acv , se necesita proveer armadura diagonal que efectivamente atraviese las grietas verticales potenciales en la zona de rótula plástica.
Cuando el esfuerzo de corte debido a la carga gravitatoria es importante, el corte combinado producto de la carga gravitatoria y de la acción sísmica en una rótula plástica positiva cerca de la cara de la columna puede ser cero o muy pequeño. En este caso, no ocurre reversión de corte en la rótula plástica y, por lo tanto, no se espera que el hormigón se desintegre en la
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 48
grieta vertical. Consecuentemente, el valor algebraico de la relación r de los esfuerzos de corte durante la formación de las rótulas positivas y negativas, deberá tomarse igual a cero y la resistencia requerida a corte (Vu) que controla el deslizamiento aumenta a 0,50 √f´c Acv, valor a partir del cual será necesario proveer armadura diagonal.
El valor de r a utilizar, siempre es negativo. Cuando la resistencia requerida a corte (Vu) en una zona de rótula plástica es grande, de acuerdo con la expresión [2.2-26], una gran proporción de la misma deberá resistirse con armadura diagonal. Los ensayos han demostrado que la armadura diagonal dispuesta como muestra la Figura C2.6. es muy eficiente, mejorando la respuesta histerética en la zona de rótula plástica.
plano potencial de deslizamiento
A A vd1 vd2
d hb
Vu
Vu
≥d
s
2 hb
Figura C2.6. Armadura diagonal para control del deslizamiento por corte en zonas de formación potencial de rótulas plásticas.
En la evaluación de la sobrerresistencia flexional de una rótula plástica, deberá tenerse en cuenta la contribución de la armadura diagonal.
Estas prescripciones no afectan las zonas de rótulas plásticas unidireccionales en la zona de momento positivo, alejadas de la cara de la columna, donde los esfuerzos de corte serán bajos y donde no es probable que la armadura superior se vea sometida a fluencia por tracción.
(b) Cuando se requiera armadura diagonal, se deberá demostrar por un análisis racional que la resistencia al corte Vdi en cada sección de formación potencial de rótulas plásticas es provista por la componente normal al eje de la pieza de los esfuerzos de las barras diagonales. Cuando las barras diagonales atraviesan la sección en dos direcciones, podrán considerarse simultáneamente las componentes normales al eje de la pieza de los esfuerzos de las barras diagonales, tanto traccionadas como comprimidas.
El área total de la armadura diagonal, en una o dos direcciones, requerida para resistir un
esfuerzo de corte Vdi en una potencial grieta vertical que atraviese la altura de la sección, puede determinarse como:
Avd1
+ Avd2
=
Vdi fy senα
[2.2 - 27]
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 49
C 2.2.8.2.(b) El propósito principal de la armadura diagonal en este caso es cruzar cada grieta potencial vertical que se extienda a toda la altura de la sección, después de que la armadura flexional en ambas caras de un componente haya fluido, y no ser parte del tradicional mecanismo de celosía.
Se requiere un análisis racional para demostrar que la componente vertical de la armadura diagonal que atraviesa cada sección de la zona de rótula plástica dentro de una distancia d de la sección teórica de momento máximo, tal como una cara de la columna, sea mayor o igual que el esfuerzo de corte a resistir.
Usualmente, será más conveniente utilizar una barra existente o un diámetro de barra apropiado y determinar la inclinación α requerida con el eje longitudinal del componente. La inclinación de las barras dobladas con respecto al eje longitudinal del componente no debe ser menor que 30º ni mayor que 60º. Dichas barras deben estar adecuadamente ancladas de manera de poder desarrollar su resistencia en cada parte de su longitud inclinada.
Según el sentido de los esfuerzos considerados en la Figura C2.6., Avd1 y Avd2 son las áreas de las armaduras diagonales en tracción y en compresión, respectivamente.
(c) Deberán colocarse estribos adicionales en correspondencia con los dobleces de las barras diagonales, para resistir los esfuerzos perpendiculares al eje de la viga cuando las barras trabajen en compresión.
(d) Cuando se requiera armadura diagonal, deberá extenderse una distancia no menor que la altura útil (d) de la viga, medida desde la cara del apoyo o desde la sección transversal donde pueda esperarse la fluencia de las armaduras longitudinales de ambas caras debido a la reversibilidad de las solicitaciones.
(e) Cuando se requiera armadura diagonal, para la determinación de la resistencia nominal a corte proporcionada por la armadura Vs, podrá incluirse sólo la armadura diagonal que trabaja en tracción.
C 2.2.8.2.(e) Como regla, la armadura diagonal a través de una zona de formación potencial de rótula plástica no resiste el esfuerzo de corte total. Para controlar la tracción diagonal deben proveerse estribos verticales para resistir el resto del esfuerzo de corte.
Sólo las barras traccionadas podrán incluirse en la determinación de la resistencia nominal a corte proporcionada por la armadura Vs, por ejemplo, según la Figura C2.6. donde Avd1 es el área de la armadura diagonal en tracción, se tiene:
Vs
=
Av
fyt s
d
+
Avd1 fy senα
2.2.8.3. Contribución a la prevención del pandeo de las barras longitudinales comprimidas
Cuando se determine la cantidad y separación de los estribos necesarios para resistir el corte en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, deberá controlarse que se satisfagan también, los requerimientos establecidos en el artículo 2.2.6.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 50
2.2.8.4. Mínima armadura de corte
En cualquier sección de una viga, deberá proveerse armadura de corte no menor a:
Av mín =
1 12
√f´c fyt
bw
s
[2.2 - 28]
2.2.9. Anclajes
2.2.9.1. Longitud de anclaje
Para el cálculo de la longitud de anclaje ld y ldh se tendrá en cuenta lo establecido en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, salvo lo correspondiente a los artículos 12.2.5., 12.5.3. y 12.7.1. relacionado con la reducción por la armadura en exceso.
C 2.2.9.1. Longitud de anclaje
Las prescripciones establecidas en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005 relativas a la reducción de la longitud de anclaje por la armadura en exceso, son inseguras en empalmes por yuxtaposición en secciones adyacentes a las zonas de formación potencial de rótulas plásticas.
2.2.9.2. Diagrama para la interrupción de la armadura longitudinal
La interrupción (corte) de la armadura longitudinal, deberá ser tal que cubra el diagrama de momentos envolvente de la viga. Este diagrama se determinará considerando que pueda alcanzarse la sobrerresistencia flexional de una sección en la zona de formación potencial de rótulas plásticas, mientras que sólo se alcance el momento nominal en la otra rótula plástica.
C 2.2.9.2. Diagrama para la interrupción de la armadura longitudinal
La envolvente de momentos a utilizar deberá corresponder a la formación de dos rótulas plásticas en cada viga bajo los efectos combinados de la carga gravitatoria y de la acción sísmica. Los momentos en las rótulas plásticas deberán basarse en la sobrerresistencia flexional de las secciones de acuerdo con su detallado.
Para asegurar que la interrupción de la armadura de flexión cubra las máximas demandas posibles de momento entre las secciones de formación potencial de rótulas plásticas, la envolvente deberá también tomar en cuenta la posibilidad que se desarrolle la sobrerresistencia en sólo una rótula plástica, mientras que sólo se desarrolle el momento nominal en la otra.
Por ejemplo, ver Figura C2.7., se determinará el diagrama de momento envolvente para interrupción de la armadura longitudinal en la mitad izquierda de la viga.
Si las barras a interrumpir son las inferiores, se deberá considerar el momento con sobrerresistencia flexional positivo en el apoyo A, simultáneamente con el momento nominal negativo en el apoyo B, a partir de la línea recta que une estas resistencias se dibujará el
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 51
diagrama de momento debido a las máximas cargas verticales que actúan en conjunto con el sismo.
Si las barras a interrumpir son las superiores, se deberá considerar el momento con sobrerresistencia flexional negativo en el apoyo A, simultáneamente con el momento nominal positivo en el apoyo B, a partir de la línea recta que une estas resistencias se dibujará el diagrama de momento debido a las mínimas cargas verticales que actúan en conjunto con el sismo.
Análogamente se deberá proceder para definir el diagrama envolvente para interrumpir la armadura longitudinal en la mitad derecha de la viga.
M bAo
M bAn
envolvente de momentos
para interrupción de barras superiores apoyo A
M bBn
-
A
B
+
M bA+ n
M bB+ n
M bA+ o
envolvente de momentos para interrupción de barras
inferiores apoyo A
Figura C2.7. Diagrama de momento envolvente para interrupción de la armadura longitudinal en la mitad izquierda de la viga.
En algunas circunstancias, cuando se desarrolla la sobrerresistencia flexional en la sección crítica, algunas secciones fuera de la zona de formación de rótula plástica, pueden desarrollar una resistencia mayor a la nominal. La armadura no se aumentará fuera de la zona de rótula para cumplir con esta condición. Sin embargo, la armadura provista en las secciones críticas de rótulas plásticas no debe interrumpirse a menos que las barras que continúan provean una resistencia flexional nominal al menos igual a la demanda de momento que resulta cuando se alcanza la sobrerresistencia flexional en una o ambas secciones críticas en las zonas de rótulas.
2.2.9.3. Extensión de las barras longitudinales a interrumpir
La armadura longitudinal traccionada deberá extenderse más allá de la envolvente de momento una longitud al menos igual a la mayor de las siguientes:
(a) Desde la sección en la cual se requiere que desarrolle su resistencia total, una distancia igual a la longitud de anclaje más la altura útil del componente ( ld + d ).
(b) Desde la sección en la cual ya no se requiere que desarrolle su resistencia, una distancia igual a 1,30 veces la altura útil del componente (1,30 d ).
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 52
C 2.2.9.3. Extensión de las barras longitudinales a interrumpir
Se establecen estas prescripciones para tener en cuenta el fenómeno de corrimiento de la tracción producto de la inclinación de las grietas diagonales. Cuando se forma una grieta diagonal por efecto de la interacción entre el corte y la flexión, la fuerza de tracción en el acero debida a la flexión en una sección determinada, está relacionada con el momento producido en otra sección que se supone ubicada a una distancia igual a d en la dirección de momentos crecientes de la sección considerada. Por ello, la longitud de anclaje debe aumentarse en el valor de d. Ver figura C2.8.
2
ld + d
barra 1
3
3
1
1
Mo1
1,3 d
barra 1
5
5
4
Mo2
ld + d
barra 2
1,3 d
envolvente de momentos para interrupción de barras longitudinales
barra 2
Mo3
Mo5
1,3 d
Mo4
barra 4
3
ld + d
barra 4
d hb
1
4
2
5
Figura C2.8. Ejemplo de Interrupción de barras longitudinales en vigas.
Por otro lado, como la ubicación de la sección no es exactamente conocida, las barras que, de acuerdo con el diagrama de momentos, teóricamente no se necesitan para que contribuyan a la resistencia flexional, deberán extenderse una distancia igual a 1,30 d de la sección en la cual ya no son necesarias. El valor 1,30 d incluye el efecto del corrimiento de la tracción. Ver figura C2.8.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 53
2.2.9.4. Anclaje efectivo de las barras longitudinales
Cuando las barras longitudinales de vigas se anclen en los núcleos de columnas exteriores o interiores o en prolongaciones de las vigas, el anclaje para tracción deberá comenzar en el menor de los valores siguientes: 1/2 de la altura de la columna (hc /2) u 8 db medidos desde la cara en la cual las barras de la viga entran en la columna, ver la Figura 2.7.
Cuando la rótula plástica en la sección crítica se forme a una distancia de al menos la altura de la viga (hb) o a 500 mm de la cara de la columna, lo que resulte menor, la longitud de anclaje puede considerarse que comienza en la cara de la columna, ver la Figura 2.8.
no permitido
hc
ldh
X
X = menor longitud entre 0,5hc y 8db
≥ 12 db
≥ 0,75 hc
rótula plástica
no permitido
ldh
X
Figura 2.7. Anclaje de la armadura longitudinal de una viga cuando la sección crítica de formación potencial de rotula plástica está en la cara de la columna.
hc
ldh
no permitido
Y ≥ menor longitud entre hb y 500mm
rótula
Y
plástica
≥ 12 db hb
≥ 0,75 hc
no permitido
0,5 hb se supone que
ldh
fs< fy a partir de esta sección
Figura 2.8. Anclaje de la armadura longitudinal de una viga cuando la sección crítica de formación potencial de rótula plástica está a una distancia de la cara de la columna de al menos la altura de la viga o a 500 mm.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 54
C 2.2.9.4. Anclaje efectivo de las barras longitudinales
Como consecuencia de la penetración de la fluencia desde la cara de la columna hacia su núcleo, la longitud disponible para que las barras de la armadura longitudinal desarrollen su resistencia (longitud de anclaje) se reduce gradualmente durante las reversiones cíclicas de las acciones sísmicas. Para asegurar que la capacidad de la viga se mantenga después de varias incursiones de la estructura en el campo inelástico, se requiere que no se considere para el anclaje una longitud igual a la menor entre la mitad de la altura de la columna hc /2 y 8 db, ver la Figura 2.7.
Cuando la armadura flexional se interrumpe de forma tal que la sección crítica de una zona potencial de rótula plástica está a una distancia de la cara de la columna al menos igual a la altura de la viga o 500 mm, la que sea menor, no es de esperar la penetración progresiva de la fluencia. Sólo en este caso, la longitud de anclaje puede empezar a medirse en la cara de la columna, ver la Figura 2.8.
2.2.9.5. Posición del anclaje de las barras longitudinales
Ninguna barra que se ancle en el núcleo de una columna o la prolongación de una viga, deberá terminarse sin un codo a 90° o un dispositivo equivalente de anclaje, tan cerca como sea posible al lado opuesto del núcleo de la columna o al extremo de la prolongación de la viga y no más cerca que 3/4 de la altura de la columna (3/4 hc), medido desde su cara interna. Las barras superiores deberán doblarse solamente hacia abajo y las inferiores solamente hacia arriba. Ver las Figuras 2.7. y 2.8.
C 2.2.9.5. Posición del anclaje de las barras longitudinales
Cuando las barras se anclan en, o cerca del núcleo de una columna, se requiere que la tensión de aplastamiento desarrollada en el doblez, se dirija hacia el núcleo para asegurar una transferencia importante de esfuerzos dentro del nudo. Por lo tanto, no se permite doblar las barras fuera del núcleo como se indica en línea de trazos en las Figuras 2.7 y 2.8.
Cuando las demandas de momento en la viga, particularmente las relacionadas con la armadura inferior, son diferentes en las caras opuestas de una columna interior, una o más barras de armadura longitudinal de la viga pueden terminarse en la columna interior. Esto permite evitar el aumento innecesario de la capacidad flexional. Se permite el anclaje dentro del núcleo del nudo de columnas interiores, si se emplea un gancho adyacente a la cara opuesta de la columna.
2.2.9.6. Máximo diámetro de las barras longitudinales
El diámetro de las barras longitudinales pasantes a través de nudos, deberá ser como máximo igual a 1/25 de la altura de la columna (hc / 25).
C 2.2.9.6. Máximo diámetro de las barras longitudinales
En nudos viga-columna, pueden desarrollarse tensiones de adherencia extremadamente altas cuando un pórtico soporta grandes deformaciones inelásticas debido a la acción sísmica. Las barras longitudinales de las vigas son forzadas a fluir en tracción en una cara de la columna y están sometidas a una gran compresión en la cara opuesta.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 55
Existen dos criterios diferentes para limitar el diámetro de las barras longitudinales pasantes. Uno, sostenido por la escuela neocelandesa propende a evitar que las barras deslicen prematuramente en el núcleo del nudo durante desplazamientos cíclicos inelásticos. El otro, sostenido por la escuela norteamericana, en cambio, permite la pérdida de adherencia dentro del nudo, aceptando que las barras se anclen en la viga opuesta. Este segundo criterio es el que se ha adoptado, porque permite un relajamiento del diámetro de las armaduras longitudinales pasantes, descongestionando el nudo, y permitiendo una mayor facilidad en el colado del hormigón.
2.2.9.7. Máximo diámetro de las barras longitudinales en losas
El diámetro de las barras longitudinales en la parte de la losa especificada en el artículo 2.2.3.2.2. no deberá exceder 1/5 del espesor de la losa. Tales barras, cuando estén sometidas a tracción, deberán extenderse, a partir de la sección en que se requiere su resistencia máxima, una distancia igual a la especificada en el artículo 2.2.9.3.
C 2.2.9.7. Máximo diámetro de las barras longitudinales en losas El diámetro de las barras se limita a 1/5 del espesor de la losa porque sería difícil prevenir el pandeo inelástico de barras con diámetros mayores. Más aún, es más difícil asegurar la transferencia de esfuerzos desde barras más grandes en la losa al núcleo de la columna. En cualquier caso, debe disponerse suficiente armadura transversal en estas losas para asegurar una efectiva transferencia de los esfuerzos de adherencia al núcleo de la columna.
2.2.9.8. Anclaje de barras longitudinales en la prolongación de la viga
Cuando las barras longitudinales de las vigas que concurren a columnas exteriores, terminen en prolongaciones de la viga, deberá proveerse armadura adicional dentro de la prolongación donde sea necesario, para asegurar que pueda desarrollarse la resistencia de la barra también en compresión y evitar que el hormigón estalle en los codos de las barras de la viga o dispositivos de anclaje, ver la Figura 2.9. La armadura adicional deberá tener una resistencia al menos igual a 1/12 veces la resistencia de las barras longitudinales ancladas, y deberá estar ubicada a una distancia no mayor de 8 db medida verticalmente desde el eje de las barras ancladas.
2.2.9.9. Reducción de la longitud de anclaje
Cuando se provea anclaje de acuerdo con el artículo 2.2.9.4., la longitud de anclaje de una barra que termina en un codo a 90° podrá reducirse en un 20% si se proveen 2 barras transversales que tengan un diámetro al menos igual al de la barra doblada, en contacto con el interior del codo, ver la Figura 2.10.
C 2.2.9.9. Reducción de la longitud de anclaje
Cuando la longitud requerida de anclaje es mayor que la que podría estar disponible, es conveniente mejorar las condiciones de aplastamiento del hormigón en el doblez.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 56
ldh
X
X = menor longitud
entre 0,5hc y 8db
rótula plástica
≤ 8db ≥ 12db
prolongación de la viga
hc armadura adicional
Figura 2.9. Anclaje de la armadura longitudinal en la prolongación de una viga.
45º 15º
Sección crítica
Figura 2.10. Disposición de barras adicionales para reducir la longitud de anclaje.
2.2.9.10. Anclaje de estribos
Los estribos cerrados y estribos suplementarios de una rama deberán encerrar las barras longitudinales de la viga, estando en contacto con las mismas. Los estribos deberán estar anclados por un gancho de al menos 135°. Alternativamente los extremos del estribo podrán soldarse para que desarrollen la resistencia de rotura de la barra.
C 2.2.9.10. Anclaje de estribos
Este requerimiento asegura el anclaje del estribo en el interior del núcleo, aun después de la pérdida del recubrimiento. La experiencia del comportamiento de las estructuras ante terremotos severos, y los ensayos de modelos en laboratorio, demuestran que los estribos con ganchos a 90° no son eficaces.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 57
2.2.10. Empalmes
2.2.10.1. Empalmes por yuxtaposición
En las zonas de formación potencial de rótulas plásticas no podrán empalmarse barras por yuxtaposición dentro de una longitud igual a la altura de la viga (hb), medida desde la sección crítica.
Dentro de nudos viga-columna no podrán empalmarse barras por yuxtaposición.
C 2.2.10.1. Empalmes por yuxtaposición No deberán usarse empalmes por yuxtaposición en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas o en nudos viga-columna donde las condiciones de adherencia pueden ser muy críticas. Por lo tanto, estos empalmes deberán ubicarse fuera de las secciones críticas, a una distancia al menos igual a la especificada, y fuera de los nudos viga-columna.
2.2.10.2. Empalmes soldados o con conectores mecánicos
Los empalmes soldados, a tope o por yuxtaposición, deberán desarrollar en tracción la resistencia de rotura de la barra.
Los empalmes con conectadores mecánicos deberán desarrollar en tracción o compresión, la resistencia de rotura de la barra. Estos empalmes deberán ensayarse con 8 ciclos completos de carga a una tensión máxima de 0,95 fy en la barra, y en la máxima carga en tracción y compresión deberán mostrar un cambio de longitud, medida en la longitud del sistema de unión, no mayor al 10% de la deformación, en una longitud igual de una barra no empalmada.
Los empalmes que no satisfagan dicho requerimiento de rigidez, sólo deberán usarse si, cuando se los ensaye en tracción o compresión, el cambio de longitud a una tensión de 0,70 fy en la barra, medida en toda la longitud del sistema de unión, sea menor que el doble del producido en una longitud igual de una barra no empalmada y, además, deberán escalonarse de manera que no más de 2/3 del área de la armadura se empalme dentro de cualquier longitud de 900 mm en el componente.
C 2.2.10.2. Empalmes soldados o con conectores mecánicos En componentes sometidos a acciones sísmicas, se requiere que los empalmes soldados o con conectadores mecánicos desarrollen la resistencia a rotura de la barra. Esto es debido a la consideración de las severas consecuencias para la estructura si ocurren fallas en estas uniones. Para la determinación de los criterios para los empalmes soldados y con conectadores mecánicos se ha considerado una calidad de mano de obra normal, dificultades en la inspección, y la confiabilidad final del empalme en servicio.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 58
2.2.10.3. Confinamiento en los empalmes por yuxtaposición
La armadura longitudinal de vigas no deberá empalmarse por yuxtaposición en las zonas donde las tensiones reversibles puedan exceder 0,60 fy en tracción o compresión, a menos que cada barra empalmada se confine con estribos de forma que:
Atr
≥
db 48
fy fyt
s
[2.2 - 29]
Podrán evitarse los estribos de confinamiento en los empalmes por yuxtaposición de las barras intermedias que estén ubicadas a una distancia no mayor de 100mm de cada rama del estribo cerrado que proporcionará el confinamiento, ver la Figura 2.11. En este caso, el valor obtenido según la expresión [2.2-29] deberá incrementarse proporcionalmente de acuerdo al área de las barras intermedias empalmadas.
Atr (1,5db) db
Atr (db) db
Atr (db) db
Atr (db)
≤100 ≤100
≤100 ≤100
superficie potencial de separación
>100
>100
Figura 2.11. Confinamiento en empalmes por yuxtaposición.
C 2.2.10.3. Confinamiento en los empalmes por yuxtaposición
La armadura transversal provista en empalmes por yuxtaposición de acuerdo con la expresión [2.2-29], asegura que una sección con todas las barras empalmadas pueda soportar al menos 20 ciclos reversibles de carga al 85% de la resistencia nominal. Estos empalmes pueden soportar aun unas pocas incursiones limitadas por encima de la fluencia. Los estribos deberán cruzar los planos potenciales de deslizamiento entre dos barras empalmadas, como muestra la Figura 2.11.
En las secciones donde pueda demostrase que las tensiones reversibles no superan 0,60 fy en tracción o compresión, puede considerarse que la armadura transversal provista por otros requerimientos (corte, etc.) asegura un comportamiento satisfactorio del empalme.
2.2.10.4. Empalme de estribos por yuxtaposición En zonas de formación de rótulas plásticas no deberán empalmarse estribos por yuxtaposición.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 59
2.3. DISEÑO DE COLUMNAS
2.3.1. Limitaciones dimensionales
2.3.1.1. Para secciones rectangulares con momentos aplicados en ambos extremos por vigas adyacentes, deberá cumplirse:
Ln bc
≤
25
[2.3 - 1]
Ln hc bc2
≤
100
[2.3 - 2]
Para columnas de sección circular serán válidas las expresiones [2.3-1] y [2.3-2], donde bc y hc deberán tomarse como el diámetro dc de la sección.
2.3.1.2. Para columnas en voladizo de sección rectangular, deberá cumplirse:
Ln bc
≤
15
[2.3 - 3]
Ln hc bc2
≤
60
[2.3 - 4]
Para columnas de sección circular serán válidas las expresiones [2.3-3] y [2.3-4], donde bc y hc deberán tomarse como el diámetro dc de la sección.
C 2.3.1.1. – C 2.3.1.2. Es importante que se establezca alguna relación entre la altura, ancho y luz libre de los componentes, particularmente si se espera que el componente exhiba una respuesta dúctil ante el terremoto de diseño. Si el componente es demasiado esbelto, puede ocurrir el pandeo lateral del borde comprimido. Si el componente es demasiado robusto (poco esbelto), puede ser difícil controlar la degradación de rigidez y resistencia que resulta de los efectos del corte.
2.3.1.3. El ancho de la zona comprimida (bc) para secciones rectangulares, T, L o I; o el diámetro para secciones circulares (dc), no deberá ser menor que 200 mm.
bc ≥ 200mm dc ≥ 200mm
[2.3 - 5] [2.3 - 6]
2.3.1.4. Cuando a una columna concurran vigas angostas, el ancho de la columna que deberá suponerse que resiste los esfuerzos transmitidos por la viga (ancho efectivo del nudo) deberá cumplir con lo establecido en el artículo 2.4.7.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 60
2.3.2. Rigidez
La rigidez efectiva de la sección, que deberá tener en cuenta los efectos del agrietamiento, podrá obtenerse a través de un análisis seccional, teniendo en cuenta la resistencia nominal y la deformación de fluencia, o bien de acuerdo con la Tabla 2.2. Los valores intermedios podrán interpolarse linealmente, y Pu deberá tomarse con signo negativo para tracción.
Tabla 2.2. Momento de inercia efectivo de la sección de columnas
Nivel de esfuerzo axial
(a) Pu⁄(f´c Ag) ≥ 0,50 (b) Pu⁄(f´c Ag) = 0,20 (c) Pu⁄(f´c Ag) ≤ -0,05
Momentos de Inercia efectivos de la sección (Ie)
0,80 Ig 0,60 Ig 0,40 Ig
C 2.3.2. Rigidez
Para obtener predicciones reales de las deformaciones y de las solicitaciones internas en estructuras estáticamente indeterminadas, y para estimar el periodo de vibración, deben tenerse en cuenta los efectos del agrietamiento en la determinación de la rigidez de los componentes. Aunque los efectos de agrietamiento en la rigidez flexional, varían a lo largo del componente de acuerdo con las características del diagrama de momentos, pueden adoptarse valores promedio de las propiedades efectivas de las secciones. Estos valores promedios deberán aplicarse a todas las secciones de los componentes prismáticos.
El diseñador podrá justificar los valores de rigidez efectiva a través de un análisis momento – curvatura seccional, o bien, utilizar los valores recomendados en la Tabla 2.2. para columnas.
2.3.3. Factor de sobrerresistencia flexional de vigas
En los casos generales, donde no se permita la formación de rótulas plásticas en columnas, los momentos últimos deberán basarse en la capacidad flexional de las vigas, teniendo en cuenta la sección de las armaduras longitudinales reales efectivamente dispuestas, de acuerdo con lo establecido en el artículo 2.2.3.2.4. y la sobrerresistencia del acero.
Se define el factor de sobrerresistencia flexional de vigas para cada uno de los sentidos de la acción sísmica horizontal:
bo
=
∑ Mob ∑ MEb
=
λo ∑ Mnb ∑ MEb
[2.3 - 7]
Donde la suma ( ∑ ) se extiende a las vigas concurrentes en el nudo considerado. Los momentos Mob y MEb, deberán referirse a la sección de la viga en correspondencia con el eje
de la columna y no a la sección crítica (cara del apoyo).
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 61
De acuerdo con la definición anterior es importante recalcar que bo está referido a la capacidad flexional de las vigas en relación con la demanda de momento (MEb) producida
solamente por la acción sísmica horizontal.
C 2.3.3. Factor de sobrerresistencia flexional de vigas
Uno de los requerimientos básicos del diseño por capacidad de pórticos con ductilidad completa es que, en general, debe minimizarse la posibilidad de rotulación plásticas de los extremos de columnas, excepto en la sección inferior de las columnas del primer piso y en la sección superior de las columnas del último piso. De acuerdo con ello, es necesario determinar las máximas solicitaciones impartidas por las vigas a las columnas. Esto se logra con el uso del factor de sobrerresistencia flexional de vigas, tomado, por conveniencia, en los ejes de las columnas en cada piso y evaluado para cada dirección de la acción sísmica.
El factor de sobrerresistencia flexional de una viga ob , pertinente a un extremo de una columna, es la relación entre la suma de las capacidades de las vigas que concurren a un nudo, cuando desarrollan su sobrerresistencia flexional, considerando la armadura realmente provista, y la suma de los momentos demandados en las mismas secciones, solamente por la acción sísmica, tomados ambos valores en los ejes de las columnas.
La evaluación de bo debe considerar toda la armadura que probablemente participe en la resistencia flexional de las potenciales rótulas plásticas que puedan formarse durante los desplazamientos inelásticos del pórtico. Las rótulas plásticas en una viga, pueden ocurrir en las caras de las columnas o en alguna otra sección dentro de la luz libre de la viga. Las capacidades flexionales de las vigas impartidas a las columnas que concurren al nudo, deben determinarse a partir de las características de los diagramas de momentos, consistentes con la dirección de la acción sísmica, con dos rótulas plásticas desarrollando su sobrerresistencia flexional en las secciones pertinentes en cada una de las dos vigas adyacentes. En una columna exterior, sólo se considerará una viga.
Se necesita determinar el factor bo en cada piso al eje de cada columna independientemente para ambas direcciones de la acción sísmica (izquierda y derecha).
El factor bo posibilita considerar el momento total impartido a las columnas por la acción combinada del sismo con la carga gravitatoria. Por lo tanto, no se necesita considerar separadamente los momentos producidos en las columnas por las cargas gravitatorias.
A causa de que el factor de sobrerresistencia del reducción de resistencia en flexión para vigas
easce r o=se0,t9o0m, aecl ofamcotoλrod=e1s,4o0b,reyrerel sfaisctteonrcdiae
flexional ob para una viga diseñada para que cubra “exactamente” la demanda de la acción
sísmica, considerando despreciable la demanda de la acción gravitatoria, sería:
bo = 1,40 / 0,90 = 1,56
Sin embargo, a causa de la redistribución de momentos que pueda utilizarse en la viga, de la
demanda de la acción gravitatoria, y por la disponibilidad de diámetros de aceros comerciales, ob en un nudo puede ser mayor o menor que 1,56. El promedio para todos los nudos de las vigas del pórtico en un nivel debe ser mayor o igual que 1,56.
2.3.4. Diseño a flexión y esfuerzo axial
El diseño a flexión y esfuerzo axial de columnas deberá determinarse para la resistencia requerida a flexión Mu según el artículo 2.3.4.1., y el esfuerzo axial requerido Pu según el
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 62
artículo 2.3.4.2. El factor de reducción de resistencia deberá determinarse según lo indicado en el artículo 2.3.4.1., y la resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial deberá determinarse según el artículo 2.3.4.3.
2.3.4.1. Resistencia requerida a flexión - Mu -
2.3.4.1.1. Columnas donde se permite la formación de rótulas plásticas
En los extremos inferiores de las columnas del primer piso o en los correspondientes al nivel de fundación, y en otras secciones de columnas donde se espera que se desarrollen rótulas plásticas, el momento último (Mu) para el caso de pórticos planos se obtendrá a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., y para el caso de pórticos espaciales se obtendrá como 1,10 veces los momentos provenientes de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3. La resistencia requerida a flexión (Mu) se utilizará en conjunto con el esfuerzo axial requerido ( Pu ) correspondiente a la misma combinación de estados de carga establecida según el artículo 1.3.
En este caso, el momento último se utilizará en conjunto con los factores de reducción de resistencia ( ) dados en el artículo 1.5.1.2.
C 2.3.4.1.1. Columnas donde se permite la formación de rótulas plásticas Para asegurar en pórticos espaciales que la capacidad flexional de las secciones de las columnas sea adecuada para soportar en cualquier dirección la acción sísmica prevista, la demanda de momento unidireccional debe incrementarse en un 10%.
2.3.4.1.2. Columnas donde no se permite la formación de rótulas plásticas
Los momentos últimos (Mu) en las secciones extremas de columnas donde no se espera el desarrollo de rótulas plásticas, se determinarán de acuerdo con la expresión [2.3-8]. En este caso, se utilizarán en conjunto con un factor de reducción de resistencia ( ) igual a 1,00.
siendo:
Mu = bo ω MEc - 0,30 hb Vu
[2.3 - 8]
Vu el esfuerzo de corte último en la columna definido en el artículo 2.3.8.1.2.
ω el factor de amplificación dinámica que se calculará de la siguiente forma:
(a) Para pórticos planos
1,30 ≤ ω = 0,60 T + 0,85 ≤ 1,80
[2.3 - 9]
En la sección superior de las columnas del último piso y en la sección inferior de las columnas del primer piso, deberá tomarse ω = 1,00.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 63
(b) Para pórticos espaciales
1,50 ≤ ω = 0,50 T + 1,10 ≤ 1,90
[2.3 - 10]
En la sección superior de las columnas del último piso y en la sección inferior de las columnas del primer piso, deberá tomarse ω = 1,10.
T primer periodo traslacional en la dirección considerada, según el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL”, sin
considerar el límite impuesto por la expresión [6.7] de esa reglamentación.
C 2.3.4.1.2. Columnas donde no se permite la formación de rótulas plásticas
Los momentos en columnas en la intersección de los ejes de vigas y columnas, se obtienen multiplicando, en capitel y base, los momentos correspondientes producidos por las fuerzas horizontales de diseño solamente MEc por el producto de bo y el factor de amplificación dinámica ω para el nivel considerado. La amplificación de momentos se aplica a los momentos de capitel y base solamente y no al diagrama de momentos en la columna. Los dos momentos extremos así obtenidos, no se espera que ocurran simultáneamente.
Se supone que la sección crítica de la columna está en la cara de la viga y, por lo tanto, los momentos al eje ob ω MEc deberían reducirse. Se considera sólo el 60% del gradiente de momentos, que se utiliza para la determinación del esfuerzo de corte en la columna. Por lo tanto, los momentos al eje, se reducen por 0,60 Vu (0,50 hb), donde Vu se tomará de acuerdo con el artículo 2.3.8.1.2. Consecuentemente, el momento último Mu a usarse con el esfuerzo axial apropiado Pu en la sección crítica de la columna, independientemente en cada una de las dos direcciones principales de la estructura, no deberá ser menor que el dado por la expresión [2.3-8].
(a) Pórticos planos
Se considera que el método de análisis estático especificado en Reglamento INPRESCIRSOC 103 – Parte I “CONSTRUCCIONES EN GENERAL”, conduce a una distribución satisfactoria de las resistencias potenciales de vigas en pórticos correspondientes a edificios regulares, con un periodo traslacional de vibración menor que 2 segundos. Para darle a las columnas un alto grado de protección a la fluencia prematura, deberá considerarse el apartamiento del diagrama de momentos de las columnas del obtenido de un análisis elástico a fuerzas horizontales. Este apartamiento se debe a los efectos dinámicos, en particular los efectos de los modos superiores en la estructura inelástica. El fenómeno puede medirse, por ejemplo, por el movimiento del punto de inflexión de la posición dada por un análisis elástico. Se supone que estos efectos dinámicos, son más importantes en los pisos superiores y a medida que aumenta el periodo fundamental de vibración de la estructura. Estas consideraciones se encuentran reflejadas en la expresión [2.3-9]. El límite inferior de ω = 1,30 minimiza la posibilidad de que se forme un mecanismo tipo “piso débil” en las columnas que son parte de un pórtico plano, esto es, cuando las vigas concurren a la columna sólo en un plano. Deberán considerase como planos los pórticos donde la acción sísmica en la dirección perpendicular se resiste totalmente por tabiques sismorresistentes.
(b) Pórticos espaciales
Para columnas pertenecientes a pórticos espaciales, es necesario considerar los efectos simultáneos de la acción sísmica actuando en las dos direcciones principales de la estructura. Esto implicaría realizar un análisis de las secciones de las columnas para flexión biaxial y esfuerzo axial. Sin embargo, si se aumenta apropiadamente el factor de amplificación dinámica,
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 64
puede simplificarse el proceso de diseño permitiendo que cada sección de columna se diseñe sólo para los momentos provenientes de la acción sísmica actuando independientemente en cada una de las dos direcciones principales de la estructura. En este caso, el factor de amplificación dinámica ω deberá tomarse de acuerdo con la expresión [2.3-10].
El valor mínimo resulta de considerar que las columnas deberían ser capaces de soportar los momentos impartidos por las rótulas plásticas de las vigas en ambas direcciones simultáneamente, correspondientes a los diagramas de momentos resultantes del análisis a fuerzas horizontales. Cuando se considera que una columna de sección cuadrada sometida a un momento que actúa según la diagonal tiene aproximadamente una eficiencia del 90% en relación con la correspondiente al mismo momento actuando según un eje principal, se obtiene que el valor mínimo de ω es igual a ω = √2⁄0,90 ≅ 1,50.
Sin embargo, la probable simultaneidad de momentos muy grandes en direcciones ortogonales, en cualquier sección de columna debido a los modos superiores, se considera que disminuye a medida que el periodo fundamental de vibración aumenta. Por lo tanto, se supone que el aumento del factor de amplificación ω para pórticos espaciales en relación con el correspondiente a pórticos planos, se reduce gradualmente a medida que el periodo fundamental aumenta, es decir con el aumento del número de pisos. Esto se observa al comparar las expresiones [2.3-9] y [2.3-10].
Las respuestas inelásticas en los cuasi modos superiores no afectan la resistencia requerida de la sección inferior de las columnas del primer piso. En esta sección se espera que se forme una rótula plástica y que se detalle adecuadamente. Para asegurar en pórticos espaciales que la capacidad flexional de las secciones de las columnas sea adecuada para soportar en cualquier dirección la acción sísmica prevista, la demanda de momento unidireccional debe incrementarse en un 10%. Consideraciones similares se aplican a las secciones de columnas correspondientes al capitel del nivel superior. De acuerdo con lo anterior, el valor de ω puede reducirse en esos niveles a 1,00 y 1,10 para pórticos planos y espaciales respectivamente.
2.3.4.1.3. Variación del factor de amplificación dinámica
Los valores del factor de amplificación dinámica ω, dados por las expresiones [2.3-9] y [2.3-10], deberán aplicarse sólo a los niveles que se ubican por encima de 0,30 veces la altura H de la estructura, medida desde el nivel donde las columnas del primer piso se consideran empotradas. Por debajo de 0,30 H se considerará una variación lineal entre el valor dado por las expresiones [2.3-9] y [2.3-10], y el mínimo especificado en dichas expresiones en correspondencia con el segundo nivel. Por debajo de éste, se supondrá una variación lineal, hasta el valor especificado para la sección inferior de las columnas del primer piso. En el nivel inmediatamente por debajo del último nivel, el valor de ω deberá tomarse igual a 1,30 para pórticos planos y 1,50 para pórticos espaciales. Ver la Figura 2.12. y la Figura 2.13.
C 2.3.4.1.3. Variación del factor de amplificación dinámica
Se considera que las respuestas en los modos superiores, afectan más los momentos en los pisos superiores que en los inferiores. Por ello, el factor de amplificación dinámica ω dado por las expresiones [2.3-9] y [2.3-10], es aplicable a los niveles por encima de 0,30 H medidos a partir del nivel donde se considere que las columnas estén efectivamente empotradas. Por debajo de 0,30 H se admite una variación lineal. Sin embargo, bajo ninguna circunstancia, el valor de ω en el nivel 2 y en el nivel inmediatamente por debajo del último nivel, podrá tomarse inferior al mínimo especificado en las expresiones [2.3-9] y [2.3-10].
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 65
TECHO
1,00
1,10
n
1,30
1,50
n-1
n-2
.
w exp. [2.3 - 10]
w exp. [2.3 - 9]
0,70 H
. . . 8 7 6 5 4 3 2 1
M
c E
0,30 H
1,30
1,00 Pórtico Plano
1,50
1,10 Pórtico Espacial
Figura 2.12. Factor de amplificación dinámica ω para columnas de pórticos.
Primer término expresión [2.3 - 8]
w exp. [2.3 - 9] w exp. [2.3 - 10] Determinado con bo
0,30 H
7
w7
w7
b7 o
6
w6
w6
b6 o
M b7 c7
w7 o E
M w6
b6 o
c6 E
5
w5
w5
b5 o
M w5
b5 o
c5 E
4
w4
w4
b4 o
3
w3
w3
b3 o
M w4
b4 o
c4 E
M w3
b3 o
c3 E
2
1,30
1,50
1
1,00
1,10
pórticos
pórticos
planos
espaciales
Niveles
Diagrama
Factores de
de MEc amplificación dinámica
b2 o Mu
0,5 hb
M w2
b2 o
c2 E
exp. [2.3 - 8]
w1 Muc1
art. 2.3.4.1.1.
Factores de
Momentos
sobrerresistencia requeridos
Figura 2.13. Momentos requeridos en columnas en los pisos inferiores de un pórtico.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 66
2.3.4.1.4. Columnas con acción de voladizo
(a) En las columnas con acción de voladizo, a partir del primer nivel donde la columna
muestre un punto de inflexión, de acuerdo con el análisis elástico con fuerzas de diseño
estáticas horizontales, y en todos los pisos inferiores ubicados por debajo de ese nivel,
ver la Figura 2.14., deberá usarse en la expresión [2.3-8], en lugar de ob , el factor de sobrerresistencia flexional de columna co correspondiente a la sección inferior de la columna del primer piso:
oc
=
Moc MEc
[2.3 - 11]
Para la determinación de la capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional de la sección de la columna Moc se utilizará la expresión [2.3-25].
C 2.3.4.1.4.(a) Cuando una columna es significativamente más rígida que las vigas que a ella concurren, la acción de voladizo dominará su comportamiento en los niveles inferiores. En tales casos la resistencia requerida en la columna puede ser mayor que el momento total impartido por las vigas en ese nivel. Por lo tanto, en el nivel ubicado por debajo de aquél donde, de acuerdo con un análisis elástico correspondiente a las fuerzas sísmicas horizontales, no aparece un punto de inflexión, y en todos los niveles correspondientes a los pisos inferiores por debajo de ese nivel, debe usarse el factor de sobrerresistencia oc pertinente a la sección inferior de la columna del primer piso, indicado por la expresión [2.3-11].
Después de la formación de una rótula plástica, la sobrerresistencia flexional en la sección inferior de la columna Moc, debe tener en cuenta no sólo la sobrerresistencia del acero (λo fy), sino también el aumento de la resistencia a compresión del hormigón f´c resultante del confinamiento requerido en la sección considerada, donde deben también resistirse importantes esfuerzos de compresión, para ello se utilizará la expresión [2.3-25].
(b) En los pisos donde no aparezcan puntos de inflexión, de acuerdo con el análisis elástico con fuerzas de diseño estáticas horizontales, deberá tomarse el valor mínimo de ω en el nivel 2, y desde allí incrementarlo linealmente con la altura hasta el valor dado por las expresiones [2.3-9] o [2.3-10], según corresponda, en el nivel inmediatamente por encima en que el análisis elástico indique el primer punto de inflexión, ver la Figura 2.14.
C 2.3.4.1.4.(b) En relación con la amplificación dinámica, las columnas con acción de voladizo requieren un tratamiento especial. En los pisos donde a causa de la acción dominante de voladizo no aparecen puntos de inflexión, de acuerdo con lo indicado por un análisis elástico, no es probable que los momentos críticos se vean afectados significativamente por los modos superiores de vibración. En tales columnas, el valor de ω puede tomarse igual al mínimo en el nivel 2 y aumentarse luego linealmente con la altura hasta el valor obtenido de las expresiones [2.3-9] o [2.3-10], según corresponda, en correspondencia con el nivel ubicado inmediatamente por encima de aquél donde aparece el primer punto de inflexión de acuerdo con lo indicado por el análisis elástico. El intento aquí es nuevamente asegurar que las rótulas plásticas en las columnas con acción de voladizo ocurran en la base y no en los pisos superiores.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 67
w exp. [2.3 - 9] w exp. [2.3 - 10] Determinado con ob Primer término expresión [2.3 - 8]
. .
9
8
7
bo MEc
6 5
M
c E
4
3 co MEc
2
1
c o
MEc1
=
Mc1
on
Niveles Diagramas
w7 w6 w5 w4 w3 1,30
w7 w6 w5 w4 w3 1,50
1,00
1,10
pórticos planos
pórticos espaciales
Factores de amplificación dinámica
b7 o
b6 o
co
art. 2.3.4.1.1.
M w 7
b7 o
c7 E
M b6 c6
w6 o E
w 5 co
Mc5 E
w 4 co MEc4
w 3 co MEc3
w 2 co MEc2
w1 Muc1
Factores de
Momentos
sobrerresistencia requeridos
Figura 2.14. Amplificación de momentos de columnas con acción de voladizo, en los pisos inferiores de un pórtico.
2.3.4.1.5. Reducción del momento requerido - Mu -
Cuando el esfuerzo axial requerido Pu de compresión no supere el valor 0,10 f´c Ag , el momento último podrá reducirse de acuerdo con:
Mu red = Rm ( bo ω MEc - 0,30 hb Vu)
[2.3 - 12]
donde Rm está dado en la Tabla 2.3. y Pu deberá tomarse como negativo si es de tracción, considerando que:
(a) El valor de Pu⁄(f´c Ag) no deberá tomarse menor que: (-0,15) y ( - 0,50 t fy⁄f´c).
(b) La reducción de momento de columnas contenidas en un mismo plano vertical en un piso, no será mayor que el 10% de la suma de los momentos últimos no reducidos de todas las columnas contenidas en dicho plano y en dicho piso.
C 2.3.4.1.5. Reducción del momento requerido - Mu -
Cuando una columna se encuentra sometida a pequeña compresión axial o a tracción, la plastificación es más aceptable. En tales casos, el momento último puede reducirse. Mientras mayor sea el esfuerzo axial de tracción y mayor sea el factor de amplificación dinámica ω, mayor será la reducción del momento.
Los requerimientos establecidos en el artículo 2.3.4.1.5. (a) y (b) intentan asegurar que la reducción de los momentos amplificados no sea excesiva. La reducción de los momentos últimos de las columnas ubicadas en un mismo plano, puede resultar en una pérdida de la
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 68
capacidad lateral de dicho plano. Usualmente habrá una sola columna por plano y por piso que cumplirá las condiciones exigidas para admitir una reducción de momento. Como consecuencia de la pérdida de resistencia, cuando se desarrollan las capacidades flexionales de vigas o columnas, la reducción de momentos permitida no deberá exceder el 10% de la suma de los momentos últimos de las columnas antes de la aplicación de la reducción de momentos para todas las columnas ubicadas en el mismo plano y en el mismo piso, esto es, inmediatamente por encima o por debajo de la viga del plano del piso correspondiente. Esta concesión permite la formación de una rótula plástica típicamente en una columna traccionada. Sin embargo, como todas las otras columnas del plano y del piso se diseñan para que permanezcan elásticas, las ductilidades de curvatura en dichas columnas serán pequeñas y estarán controladas.
Tabla 2.3. Factor de reducción de momento Rm
Pu⁄(f´c Ag)
ω (1) - 0,150 - 0,125 - 0,100 - 0,075 - 0,050 - 0,025 0,00 0,025 0,050 0,075 0,100
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
1,10 0,85 0,86 0,88 0,89 0,91 0,92 0,94 0,95 0,97 0,98 1,00
1,20 0,72 0,75 0,78 0,81 0,83 0,86 0,89 0,92 0,94 0,97 1,00
1,30 0,62 0,65 0,69 0,73 0,77 0,81 0,85 0,88 0,92 0,96 1,00
1,40 0,52 0,57 0,62 0,67 0,71 0,76 0,81 0,86 0,90 0,95 1,00
1,50 0,44 0,50 0,56 0,61 0,67 0,72 0,76 0,83 0,89 0,94 1,00
1,60 0,37 0,44 0,50 0,56 0,62 0,69 0,75 0,81 0,88 0,94 1,00
1,70 0,31 0,38 0,45 0,52 0,59 0,66 0,73 0,79 0,86 0,93 1,00
1,80 0,30 0,33 0,41 0,48 0,56 0,63 0,70 0,78 0,85 0,93 1,00
1,90 0,30 0,30 0,37 0,45 0,53 0,61 0,68 0,76 0,84 0,92 1,00
TRACCIÓN
COMPRESIÓN
(1) valor del factor de amplificación dinámica ω aplicable a la sección de la columna considerada.
2.3.4.2. Esfuerzo axial requerido - Pu -
2.3.4.2.1. Los esfuerzos axiales inducidos en cualquier nivel, sólo por las acciones sísmicas horizontales, deberán ser:
PoE = Rv ∑ VobE
[2.3 - 13]
siendo:
∑ VobE la suma de los esfuerzos de corte inducidos en las vigas por encima del nivel considerado, cuando éstas desarrollan su sobrerresistencia en las secciones críticas.
Rv el factor de reducción, determinado según la Tabla 2.4.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 69
Tabla 2.4. Factor de reducción de la carga axial inducida por la acción sísmica Rv
Factor de amplificación dinámica ω
N° de pisos por encima del nivel
considerado
1,30 o menor
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 o más
0,97
0,97
0,96
0,96
0,96
0,95
0,94
0,94
0,93
0,92
0,91
0,91
0,91
0,90
0,89
0,88
0,87
0,86
0,88
0,87
0,86
0,84
0,83
0,81
0,85
0,84
0,82
0,80
0,79
0,77
0,82
0,81
0,78
0,76
0,74
0,72
0,79
0,77
0,75
0,72
0,70
0,67
0,76
0,74
0,71
0,68
0,66
0,63
0,73
0,71
0,68
0,64
0,61
0,58
0,70
0,68
0,64
0,61
0,57
0,54
El esfuerzo axial último Pu, se obtendrá a partir de los esfuerzos axiales inducidos sólo por las acciones sísmicas horizontales PoE , en conjunto con los derivados de las cargas gravitatorias PG mayoradas según las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3.:
Pu = PG ± PoE
[2.3 - 14]
C 2.3.4.2.1. Los esfuerzos axiales inducidos por la acción sísmica, de acuerdo con lo expresado en la expresión [2.3-13], se basan en la suposición de que a medida que aumenta el número de pisos por encima del nivel considerado, se reduce el número relativo de rótulas plásticas que desarrollan simultáneamente su sobrerresistencia flexional. Para tener en cuenta lo anterior, se acepta una reducción del 1,50% por piso en el máximo esfuerzo axial inducido en cualquier nivel, hasta un máximo de 30% para 20 pisos o más por encima del nivel considerado.
Se considera que los máximos esfuerzos axiales inducidos por la acción sísmica no es probable que coincidan con los máximos momentos requeridos en las columnas que resultan de la amplificación dinámica. Consecuentemente se considera que es apropiado admitir mayores reducciones cuando ω es mayor que 1,30.
En la determinación del esfuerzo axial derivado de las cargas gravitatorias PG mayoradas deberán tenerse en cuenta la mínima y máxima incidencia de las cargas verticales, incluyendo el efecto vertical de la acción sísmica, según las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3.
2.3.4.2.2. Para la obtención de los esfuerzos axiales últimos, deberán sumarse los esfuerzos de corte que provienen de todas las vigas que concurren a la columna en las dos direcciones principales de análisis. Cuando el factor de amplificación dinámica ω en las dos direcciones sea diferente, deberá tomarse el mayor valor correspondiente al nivel considerado.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 70
C 2.3.4.2.2. El sumar los esfuerzos de corte que provienen de todas las vigas en las dos direcciones principales, no afectará, en general a las columnas interiores. Sin embargo, para las columnas exteriores y de esquina, esto resultará en incrementos importantes del esfuerzo axial, los que deben considerarse para tener en cuenta la acción sísmica actuando en una dirección oblicua.
2.3.4.3. Resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial
2.3.4.3.1. Hipótesis de diseño
La resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial de las secciones transversales de columnas, deberá basarse en lo establecido en el artículo 10.2. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
2.3.4.3.2. Máximo esfuerzo axial requerido en compresión El esfuerzo axial requerido máximo en compresión deberá cumplir con:
donde con
Pu ≤ 0,70 Pn Pn = α1 f´c (Ag - Ast) + fy Ast
α1 = 0,85 - 0,004 (f´c - 55)
[2.3 - 15] [2.3 - 16] [2.3 - 17]
C 2.3.4.3.2. Máximo esfuerzo axial requerido en compresión
Se estipula un límite superior de 0,70 Pn para el esfuerzo axial requerido Pu en columnas, porque las secciones fuertemente cargadas requieren una gran cantidad de armadura transversal para que sean adecuadamente dúctiles. El límite superior se aplica tanto a columnas donde no se espera la formación de rótulas plásticas como a aquellas columnas donde se espera la formación de rótulas plásticas.
Cuando las cargas en las columnas de pórticos se han obtenido siguiendo los principios del diseño por capacidad, el valor de a utilizar en la expresión [2.3-15] será =1,00.
2.3.5. Longitud de la zona de formación potencial de rótulas plásticas
2.3.5.1. Cuando la columna presente un punto de inflexión dentro del piso, la longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica en columnas (lp), medida desde la cara de la viga, se determinará de acuerdo con lo siguiente:
(i) Cuando Pu ≤ 0,25 f´c Ag : el mayor valor entre la dimensión mayor de la sección transversal de la columna, y 0,20 de la longitud Hc de la columna. Ver la Figura 2.15.
(ii) Cuando 0,25 f´c Ag < Pu ≤ 0,50 f´c Ag: el mayor valor entre 2 veces la dimensión mayor de la sección transversal de la columna, y 0,30 de la longitud Hc de la columna.
Ver la Figura 2.15.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 71
(iii) Cuando 0,50 f´c Ag < Pu ≤ 0,70 f´c Ag: el mayor valor entre 3 veces la dimensión mayor de la sección transversal de la columna, y 0,40 de la longitud Hc de la columna.
Ver la Figura 2.15.
lp
Hc
lp
punto de inflexión
diagrama de momento original
bc
dc
hc
La longitud de la zona de formación de rótula plástica (lp) será el mayor valor entre: γbc , γhc , γdc o Hc
con:
Pu ≤ 0,25 f´c Ag γ = 1,0 y = 0,20
0,25 f´c Ag < Pu ≤ 0,50 f´c Ag γ = 2,0 y = 0,30
0,50 f´c Ag < Pu ≤ 0,70 f´c Ag γ = 3,0 y = 0,40
Figura 2.15. Determinación de la longitud de la zona de formación potencial
de
rótula
plásticdae(ilnp)fleenxicóonludmenntaros
que presentan del piso.
un
punto
2.3.5.2. Cuando la columna no presente un punto de inflexión dentro del piso, se deberá considerar un diagrama de momento que resulta de tomar la capacidad flexional de la columna en la sección crítica extrema y una distribución en altura con una pendiente igual al 80 % de la pendiente del diagrama original, ver la Figura 2.16. Para el cálculo de la sobrerresistencia de la sección critica de la columna, se deberá utilizar la expresión [2.3-25]. La longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica en columnas (lp), medida desde la cara de la viga, se determinará de acuerdo con lo siguiente:
(i) Cuando Pu ≤ 0,25 f´c Ag : el mayor valor entre la dimensión mayor de la sección transversal de la columna, y la longitud donde el momento supera 0,80 veces el valor
máximo. Ver la Figura 2.16.
(ii) Cuando 0,25 f´c Ag < Pu ≤ 0,50 f´c Ag: el mayor valor entre 2 veces la dimensión mayor de la sección transversal de la columna, y la longitud donde el momento supera 0,70 veces el valor máximo. Ver la Figura 2.16.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 72
(iii) Cuando 0,50 f´c Ag < Pu ≤ 0,70 f´c Ag: el mayor valor entre 3 veces la dimensión mayor de la sección transversal de la columna, y la longitud donde el momento supera 0,60 veces el valor máximo. Ver la Figura 2.16.
punto de inflexión
lp
diagrama a utilizar
diagrama de momento original
Hc
Moc
0,80
lp
Moc
bc
dc
hc
La longitud de la zona de formación de rótula plástica (lp) será el mayor valor entre: γbc , γhc , γdc o distancia donde el momento cae a un valor Moc
con:
Pu ≤ 0,25 f´c Ag γ = 1,0 y = 0,80
0,25 f´c Ag < Pu ≤ 0,50 f´c Ag γ = 2,0 y = 0,70
0,50 f´c Ag < Pu ≤ 0,70 f´c Ag γ = 3,0 y = 0,60
Figura 2.16. Determinación de la longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica (lp) en columnas que no presentan un punto de inflexión dentro del piso.
C 2.3.5. Longitud de la zona de formación potencial de rótulas plásticas
La longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en columnas con poca carga axial es menor que en vigas. Esto es así porque los diagramas de momentos en las columnas tienen una variación lineal y porque los máximos momentos ocurren en los extremos. En una viga, debido a la presencia de la carga gravitatoria, el diagrama de momentos usualmente sigue una variación parabólica entre los momentos extremos y, por lo tanto, los momentos positivos pueden estar cercanos al valor máximo en una longitud importante del componente. También, en vigas la zona de momento máximo puede estar alejada de los extremos.
Cuando la carga axial en la columna es alta, la cantidad de armadura de confinamiento también será alta y resultará en un incremento de la resistencia del hormigón confinado. Así, la resistencia a flexión de las secciones fuertemente confinadas en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en los extremos del componente puede ser significativamente mayor que la resistencia a flexión de las secciones menos confinadas que se encuentran fuera de la zona de formación potencial de rótulas plásticas. Por esta razón, la zona a ser confinada es mayor cuando el esfuerzo axial es alto.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 73
La longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica se toma como la mayor entre un múltiplo de la mayor dimensión de la sección transversal y la longitud donde el momento excede un porcentaje del valor máximo o, para columnas con un punto de inflexión dentro del piso, simplificadamente se toma un porcentaje de la longitud Hc de la columna.
Para la determinación de la longitud de la zona de formación potencial de rótulas plásticas en columnas (lp), se deberá tener en cuenta la amplificación dinámica y la sobrerresistencia en la sección transversal extrema. La amplificación dinámica modifica la posición del punto de inflexión y consecuentemente la magnitud de los momentos extremos.
Por otro lado, el diagrama de momentos para una columna se conoce con precisión en los casos isostáticos y en pórticos bajos donde los efectos de los modos superiores de vibración no son importantes. En pórticos altos donde estos efectos sí son importantes, el diagrama de momentos será diferente al obtenido con las fuerzas sísmicas horizontales. En lugar de un análisis más preciso, se considera aceptable, para el caso de columnas con punto de inflexión fuera del piso, adoptar un diagrama de momento que resulta de tomar la capacidad flexional de la columna en la sección crítica extrema inferior y una distribución en altura con una pendiente igual al 80 % de la pendiente del diagrama original. Para el caso de columnas con punto de inflexión dentro del piso, se adopta un diagrama de momento que resulta de tomar la capacidad flexional de la columna en la sección crítica extrema inferior y cero en el extremo opuesto, en correspondencia con el eje de la viga.
2.3.6. Armadura longitudinal
(a) Armadura mínima: El área de la armadura longitudinal total de la columna no será menor que 0,008 Ag. El número mínimo de barras longitudinales será de 6 en una disposición circular y 4 en una rectangular, de diámetro 12 mm de acero ADN 420.
C 2.3.6.(a) El área mínima de la armadura longitudinal es similar a la especificada para componentes no diseñados para acciones sísmicas (Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201).
(b) Armadura máxima: El área de la armadura longitudinal total de la columna no será mayor que 18 Ag⁄fy, excepto en la zona de empalme por yuxtaposición donde el área total no deberá superar 24 Ag⁄fy.
C 2.3.6.(b) El área máxima de la armadura longitudinal es considerablemente menor que la correspondiente a componentes no diseñados para acciones sísmicas (Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201).
El límite especificado para la zona de empalme por yuxtaposición es tal que, si se usa el valor máximo del área de armadura longitudinal en la columna, solamente un tercio de la armadura podrá empalmarse en una única sección, lo que asegura que los empalmes por yuxtaposición se alternen cuando se utilicen grandes secciones de armaduras.
(c) Relación entre diámetros de barras: En cualquier fila de barras longitudinales el diámetro menor de la barra utilizada no deberá ser inferior a 2/3 del diámetro mayor de la barra utilizada (2/3 db).
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 74
(d) Separación máxima de barras: La separación entre ejes de barras longitudinales a través de la sección transversal no será mayor que el mayor valor entre:
(i) Para secciones rectangulares: 200mm y 1/4 de la dimensión de la sección transversal de la columna en la dirección considerada.
(ii) Para secciones circulares: 200mm y 1/4 del diámetro de la sección transversal de la columna.
2.3.7. Armadura transversal Las columnas donde, según el mecanismo de colapso elegido, se espera la formación potencial de rótulas plásticas en al menos uno de los extremos, se identificará como columna plástica. Las columnas donde, según el mecanismo de colapso elegido, no se prevea la formación potencial de rótulas plásticas, se identificará como columna elástica.
C 2.3.7. Armadura transversal
Los estribos en las columnas deben cumplir cuatro propósitos fundamentales:
(1) Proveer resistencia al corte.
(2) Prevenir el pandeo de las barras longitudinales comprimidas.
(3) Proveer confinamiento en la zona de hormigón comprimido.
(4) Proporcionar confinamiento en empalmes por yuxtaposición de la armadura longitudinal.
La disposición, diámetro, y separación de la armadura transversal en columnas, deberá satisfacer independientemente cada uno de los cuatro propósitos indicados, en ningún caso los requerimientos deberán adicionarse.
Deberá distinguirse entre columnas plásticas y columnas elásticas. Las primeras son aquellas donde se espera, según el mecanismo de colapso elegido, la formación potencial de rótulas plásticas en al menos uno de los extremos. Las columnas elásticas son aquellas donde el mecanismo de colapso elegido no prevé la formación potencial de rótulas plásticas.
La cantidad de armadura transversal a disponer por confinamiento en la zona crítica extrema, cuya extensión se define en el artículo 2.3.5., deberá diferenciar si la columna es plástica o elástica. En las zonas críticas de columnas plásticas, deberá aplicarse el 100% de la armadura básica de confinamiento, expresiones [2.3-18] y [2.3-20] según corresponda. En el caso de columnas elásticas, las zonas críticas deberán confinarse con el 70% de la armadura básica, expresiones [2.3-18] y [2.3-20] según corresponda. Ver la Figura C2.9.
La cantidad de armadura transversal a disponer por confinamiento en la zona normal, zona central de las columnas fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., deberá diferenciar si la columna es plástica o elástica, requiriendo el 70% de la armadura de la zona crítica extrema. En las zonas normales de columnas plásticas, deberá aplicarse el 70% de la armadura básica de confinamiento, expresiones [2.3-18] y [2.3-20] según corresponda. En el caso de columnas elásticas, las zonas normales deberán confinarse con el 50% de la armadura básica (aproximación del 70% de 70% de la armadura básica), expresiones [2.3-18] y [2.3-20] según corresponda. La Figura C2.9. resume los conceptos antes desarrollados.
El requisito de confinamiento distingue entre columnas rectangulares y columnas circulares.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 75
DR
ZC 100%
CP ZN 70%
ZC 100%
ZC 70%
CE ZN 50%
ZC 70%
ZC 70%
DC
CE ZN 50%
ZC 70%
ZC 70%
CE ZN 50%
ZC 70%
ZC 100%
CP ZN 70%
DR
ZC 100%
MECANISMO DE COLAPSO
rótula plástica DC: diseño por capacidad DR: diseño por resistencia
(1) (2) (3) (1): Columna plástica (CP) o elástica (CE) (2): Zona crítica (ZC) o normal (ZN) (3): Porcentaje de arm. de confinamiento
Figura C2.9. Identificación del tipo de columna y el requerimiento de confinamiento.
2.3.7.1. Columnas rectangulares 2.3.7.1.1. Columnas rectangulares plásticas
(a) Zonas Críticas: en las zonas donde, según el mecanismo de colapso elegido, se espera la formación potencial de rótulas plásticas cuya extensión se define en el artículo 2.3.5., cuando se usen estribos rectangulares con o sin estribos suplementarios de una rama:
(i) El área total efectiva de estribos y estribos suplementarios de una rama, en cada una de las direcciones principales de la sección transversal, no será menor que:
Ash =
( 1,30 - t m ) s h'' 3,30
Ag Ac
f´c fyt
Pu f´c Ag
-
0,006 s h''
[2.3 - 18]
Donde Ag⁄Ac no deberá ser adoptado menor que 1,20, y cuando Ag⁄Ac ≥ 1,50
deberá aplicarse lo especificado en el artículo 2.3.7.3.; ( t m) no deberá tomarse mayor que 0,40; y deberá considerarse m = fy ⁄ (0,85 f´c).
(ii) El área de una rama de estribo en la dirección del pandeo potencial de la barra longitudinal no deberá ser menor que:
Ate
=
∑ Ab 96
fy fyt
s db
[2.3 - 19]
siendo ∑ Ab, la suma de las áreas de las barras longitudinales que se encuentran restringidas, por esa rama, para prevenir el pandeo.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 76
(iii) La separación vertical entre capas de estribos no deberá exceder el menor valor entre: 6 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (6 db), y el mayor entre 1/4 de la menor dimensión de la sección transversal de la columna y 100mm.
(iv) Cada barra longitudinal (o conjunto de barras) deberá estar restringida lateralmente por la esquina de un estribo cerrado con un ángulo menor que 135° o por un estribo suplementario de una rama, con excepción de los dos casos siguientes:
1- Las barras (o conjunto de barras) que se encuentren entre dos barras (o conjunto de barras) lateralmente restringidas por el mismo estribo, cuando la distancia entre las barras (o conjunto de barras) lateralmente restringidas no supere el mayor valor de 1/4 de la dimensión lateral adyacente de la sección transversal o 200 mm, ver Figura 2.17. El área tributaria de las barras longitudinales exceptuadas deberá incluirse en ∑ Ab de la expresión [2.3-19].
2- Las capas internas de barras dentro del núcleo de hormigón espaciadas más de 75 mm de la cara interna de los estribos.
Y1
Y1 Y1 Y1 Y1 Y1
135°
bc
bc
Y1 mayor longitud entre 200mm y b c /4
Figura 2.17. Detalles de armadura transversal de columnas rectangulares en zona de rótula plástica.
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas rectangulares plásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir:
(i) La separación vertical entre capas de estribos no deberá exceder el menor valor
entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/3 de la menor dimensión de la sección transversal de la columna y 150mm.
(ii) La cantidad de armadura trasversal no será menor que el 70% de la requerida por las expresiones [2.3-18] y [2.3-19].
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 77
2.3.7.1.2. Columnas rectangulares elásticas
(a) Zonas Críticas: en las columnas rectangulares donde, según el mecanismo de colapso elegido, no se prevea la formación potencial de rótulas plásticas, la cantidad de armadura transversal a disponer en la extensión dada por el artículo 2.3.5. en ambos extremos, deberá cumplir lo especificado en el artículo 2.3.7.1.1.(a), requiriendo solamente el 70% de la expresión [2.3-18], pero no menos que la requerida por la expresión [2.3-19]. No se permitirá esta reducción de la armadura transversal, en el capitel de las columnas del primer piso y en la base de las columnas del último piso.
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas rectangulares elásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir:
(i) La separación vertical de estribos no deberá exceder el menor valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/3 de la menor dimensión de la sección transversal de la columna y 150mm.
(ii) La cantidad de armadura trasversal no será menor que el 50% de la requerida por la expresión [2.3-18], pero no menos que el 70% de la requerida por la expresión [2.3-19].
2.3.7.2. Columnas circulares 2.3.7.2.1. Columnas circulares plásticas
(a) Zonas Críticas: en las zonas donde, según el mecanismo de colapso elegido, se espera la formación potencial de rótulas plásticas cuya extensión se define en el artículo 2.3.5., cuando se usen estribos circulares o en espiral:
(i) La cuantía volumétrica s no deberá ser menor que el mayor valor que se obtenga de la aplicación de las expresiones [2.3-20] y [2.3-21].
s =
( 1,30 - t m ) 2,40
Ag Ac
f´c fyt
Pu f´c Ag
-
0,0084
[2.3 - 20]
Donde Ag⁄Ac no deberá ser adoptado menor que 1,20, y cuando Ag⁄Ac ≥ 1,50
deberá aplicarse lo especificado en el artículo 2.3.7.3.; ( t m) no deberá tomarse mayor que 0,40; y deberá considerarse m = fy ⁄ (0,85 f´c).
s
=
Ast 110 d''
fy fyt
1 db
[2.3 - 21]
(ii) La separación vertical de estribos circulares o en espiral, no deberá exceder el menor
valor entre: 6 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (6 db), y el mayor entre 1/4 del diámetro de la sección transversal del componente y 100mm.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 78
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas circulares plásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir:
(i) La separación vertical de estribos circulares o en espiral no deberá exceder el menor valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/3 del diámetro de la sección transversal de la columna y 150mm.
(ii) La cantidad de armadura trasversal no será menor que el 70% de la requerida por las expresiones [2.3-20] y [2.3-21].
2.3.7.2.2. Columnas circulares elásticas
(a) Zonas Críticas: en las columnas circulares donde, según el mecanismo de colapso elegido, no se prevea la formación potencial de rótulas plásticas, la cantidad de armadura transversal a disponer en la extensión dada por el artículo 2.3.5. en ambos extremos, deberá cumplir lo especificado en el artículo 2.3.7.2.1.(a), requiriendo solamente el 70% de la expresión [2.3-20], pero no menos que la requerida por la expresión [2.3-21]. No se permitirá esta reducción de la armadura transversal, en el capitel de las columnas del primer piso y en la base de las columnas del último piso.
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas circulares elásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir:
(i) La separación vertical de estribos circulares o en espiral no deberá exceder el menor valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/3 del diámetro de la sección transversal de la columna y 150mm.
(ii) La cantidad de armadura trasversal no será menor que el 50% de la requerida por la expresión [2.3-20], pero no menos que el 70% de la requerida por la expresión [2.3-21].
C 2.3.7.1. Columnas rectangulares
C 2.3.7.2. Columnas circulares
(a) Armadura transversal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas Las expresiones [2.3-18] y [2.3-20] tienen implícito un factor de ductilidad de curvatura = u⁄ y = 20 y, a menos que se lleven a cabo estudios especiales, este factor no debería ser mayor o suponerse mayor que 20. Con bajos niveles de carga axial la necesidad de armadura transversal de confinamiento disminuye y los requerimientos relativos a la prevención del pandeo de las barras longitudinales se vuelven más críticos. La cantidad de armadura transversal requerida para prevenir el pandeo de la armadura longitudinal está dada por la expresión [2.3-19] para estribos rectangulares cerrados o estribos suplementarios de una rama, y por la expresión [2.3-21] caso de estribos circulares o en espiral.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 79
La armadura transversal no deberá ser menor que la mayor de las requeridas para el confinamiento del hormigón, expresiones [2.3-18] y [2.3-20]; y para la prevención del pandeo de las barras longitudinales, expresiones [2.3-19] y [2.3-21].
La cuantía volumétrica s de armadura transversal en columnas circulares, sean zunchadas o con estribos circulares, es la relación entre el volumen del zuncho o estribo, y el volumen de
hormigón, esto es:
s
=
4 Asp d'' s
=
dt2e d'' s
Siendo: Asp el área de la sección del zuncho o estribo circular, y dte el diámetro del mismo.
La separación permitida para la armadura transversal: no mayor de 1/4 de la dimensión lateral mínima o del diámetro de la columna, también es para asegurar un adecuado confinamiento del hormigón. Esta máxima separación se mantiene razonablemente pequeña. Esto es porque el hormigón se confina principalmente por un “efecto arco” entre los estribos y por lo tanto si la separación vertical es demasiado grande una porción importante de hormigón no confinado penetrará en el núcleo de hormigón entre los estribos reduciendo, de esta manera, la sección efectiva de hormigón confinado. La separación máxima es una función de la dimensión de la columna y, por lo tanto, la separación es mayor para secciones más grandes que para secciones más chicas, ya que una mayor penetración del hormigón no confinado entre la armadura transversal tiene un efecto menos importante en la resistencia para secciones más grandes. Los requerimientos en que la separación vertical no debe ser mayor que 6 veces los diámetros de las barras longitudinales son para prevenir el pandeo de estas barras cuando sufran reversiones en fluencia en tracción y compresión, consistentes con un factor de ductilidad de curvatura de al menos 20. Es bien sabido que tales reversiones de tensiones en el campo plástico causan una reducción del módulo tangente del acero a tensiones relativamente bajas. Debido al efecto Baüschinger y, por lo tanto, se requiere armadura transversal poco espaciada que provea apoyo lateral para prevenir el pandeo de la armadura longitudinal.
En la mayoría de las secciones rectangulares un solo estribo periférico resulta insuficiente para confinar propiamente al hormigón y para restringir lateralmente a las barras longitudinales. Por lo tanto, es necesario disponer estribos yuxtapuestos o combinarlos con estribos suplementarios de una rama. Parece mejor la utilización un número adecuado de estribos yuxtapuestos en vez de un solo estribo periférico con estribos suplementarios de una rama.
Las ramas de los estribos rectangulares y estribos suplementarios de una rama no deben
estar muy separadas a través de la sección si se quiere un adecuado confinamiento y una adecuada restricción al pandeo lateral de las barras longitudinales. Sin embargo, no todas las barras longitudinales necesitan estar lateralmente soportadas por un codo de un estribo
cerrado o por un estribo suplementario de una rama. Si las barras o grupos de barras que están soportadas por codos en el mismo estribo no distan más de 200 mm o 1/4 de la dimensión lateral adyacente de la sección transversal, cualquier barra (o conjunto de barras
entre ellas) no necesita tener un apoyo lateral efectivo provisto por un codo. Tampoco necesitan un apoyo lateral especial las barras que se encuentren dentro del núcleo de la sección a más de 75 mm de la cara interna del estribo periférico.
En la Figura C2.10. se presentan diferentes disposiciones de armaduras transversales en
columnas de sección cuadrada, se determina la armadura transversal de confinamiento para
las dos direcciones principales (Ash) y la armadura mínima de cada rama para cumplir los
requisitos de supone que:
prevención fy = fyt; s =
6ddebl;pYa1ndeesoigdueallaaslabamrraaysolronlognitguitduindaelenstre(A2te0)0. mEnmlay
Figura b/4; y
C2.10. se que todas
las barras longitudinales poseen área Ab.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 80
CASO A
Y1
Y1 mayor longitud entre 200mm y b/4
A1
Y
A2 A3
X
A2
II h x
b
h II y
Confinamiento X: Ashx = 2A1 + 4A2 + A3
A4
A5
Confinamiento Y:
Ashx = 2A1 + 2A4 + A5
Restricción al pandeo: Ate = Ab/16
CASO B Y1
Y1 mayor longitud entre 200mm y b/4
≤Y1
II h x
b
A1
Y
A2
X
A3
estribo suplementario con gancho por fuera
del estribo exterior
h II y
Confinamiento X: Ashx = 2A1 + 2A2 + A3
A4
A5
Confinamiento Y:
Ashx = 2A1 + 2A4 + A5
Restricción al pandeo: Ate1 = Ab/16
Ate2 = 1,5 Ab/16 Ate3 = 2 Ab/16 Ate4 = Ab/16 Ate5 = Ab/16
Figura C2.10. Ejemplos de disposición de armadura transversal en zona de rótula plástica en una columna cuadrada, considerando que fy = fyt, y una separación s = 6db.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 81
b
CASO C Y1
h II y A4
CASO D Y1
I I h x
II h x
Y1 mayor longitud entre 200mm y b/4
A1
Y
A2
X
A3 45°
Confinamiento X: Ashx = 2A1 + 2 (0,707A2) + A3
Confinamiento Y: Ashx = 2A1 + 2 (0,707A2) + A4
Restricción al pandeo: Ate1 = Ab/16
Ate2 = Ab/(16x0,707) Ate3 = Ab/16 Ate4 = Ab/16
Y1 mayor longitud entre 200mm y b/4 A2
A1
Y X
A2
A3
b
h II y
Confinamiento X: Ashx = 2A1 + 4A2 + + 2 (0,707A3)
A4
Confinamiento Y:
Ashx = 2A1 + 2A4 + + 2 (0,707A3)
Restricción al pandeo:
Ate1 = Ab/16 Ate2 = Ab/16 Ate3 = Ab/(16x2x0,707) Ate4 = Ab/16
Figura C2.10. (continuación) Ejemplos de disposición de armadura transversal en
zona de rótula plástica en una columna cuadrada, considerando que fy = fyt, y una separación s = 6db.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 82
(b) Armadura transversal en extremos de columnas elásticas
En las columnas que han sido diseñadas por capacidad a fin de disminuir la posibilidad de que se formen rótulas plásticas, se reduce la necesidad de armadura transversal ya que sólo pueden soportar fluencia limitada bajo condiciones extremas. Por lo tanto, se considera que la cantidad de armadura transversal de confinamiento puede reducirse al 70% de la requerida por las expresiones [2.3-18] y [2.3-20]. Esto posibilitará que la columna logre un factor de ductilidad de curvatura de al menos = u⁄ y = 10 por si fuera necesario. Sin embargo, se requiere la protección contra el pandeo de las barras, y algún grado de confinamiento para el hormigón, y por lo tanto son todavía necesarios todos los otros requerimientos de detallado.
Esta reducción de la armadura transversal no se aplica al capitel y base de las columnas del primer piso ya que, en esas zonas, no puede prevenirse el desarrollo de rótulas plásticas. Nótese que el aumento de longitud de las vigas debido a la rotulación plástica puede conducir a la aparición de rótulas plásticas también en el capitel de las columnas del primer piso.
La cantidad de armadura transversal para prevenir el pandeo de las armaduras longitudinales no se reduce, por ello deberá aplicarse el 100% de las expresiones [2.3-19] y [2.3-21].
(c) Armadura transversal en zonas normales
En las zonas de las columnas que se encuentran alejadas de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, la separación de la armadura transversal puede aumentarse, ya que las barras longitudinales no deberían entrar en fluencia y el hormigón no necesita un confinamiento completo. Esta reducción en la cantidad de armadura transversal no se aplica si las zonas de rótulas plásticas están muy próximas. Por ejemplo, para una columna con Pu > 0,50 f´c Ag en un pórtico donde la relación entre la luz libre de la columna y la mayor dimensión lateral de la sección transversal es 6 o menos, toda la altura de la columna está dentro de las dos zonas de formación potencial de rótulas plásticas y por lo tanto deberá confinarse al hormigón completamente.
2.3.7.3. Columnas con alta relación Ag⁄Ac Cuando en una columna, rectangular o circular, se cumpla que Ag⁄Ac ≥ 1,50 deberá verificarse que el núcleo confinado de la columna resiste las solicitaciones requeridas. Podrá considerarse el aumento de la resistencia del hormigón por confinamiento.
2.3.7.4. Ubicación del estribo
La distancia entre el primer espiral o estribo en la columna, y el correspondiente dentro del nudo viga-columna, no excederá 6 veces el diámetro de la barra longitudinal de la columna (6 db) que restringe.
C 2.3.7.4. Ubicación del estribo
En la vecindad de la armadura de la viga que pasa a través de, o se ancla en los nudos viga– columna, algunas barras de la columna pueden no estar adecuadamente restringidas para prevenir el pandeo lateral porque la distancia entre el primer estribo en la columna y el del nudo, puede ser excesiva. Las barras típicas afectadas son las de esquina de columnas interiores donde el ancho de las vigas es menor que el ancho de la columna, o aquellas que están en los perímetros donde no llega ninguna viga a la columna. En tales casos puede ser necesario poner estribos para las barras afectadas de la columna inmediatamente adyacentes a la armadura de la viga para asegurar que su longitud no soportada no sea mayor que 6 db.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 83
2.3.7.5. Contribución a la resistencia al corte
Se admite que los estribos dispuestos de acuerdo con los artículos 2.3.7.1., 2.3.7.2. y 2.3.7.3. contribuyen, además, a la resistencia al corte de la columna.
C 2.3.7.5. Contribución a la resistencia al corte Se puede admitir que la armadura transversal de confinamiento contribuye a la resistencia al corte del componente, y al confinamiento de empalmes por yuxtaposición, si efectivamente atraviesa la sección.
Esto es, los estribos interiores paralelos a la dirección del esfuerzo de corte y que pasan alrededor de sólo unas pocas barras longitudinales, no son efectivos como armadura de corte si no se extienden hasta cerca de las fibras extremas en tracción o compresión de la sección transversal. Nótese que es esencial controlar la armadura de corte ya que los requerimientos de corte pueden ser mayores que los requerimientos de confinamiento.
2.3.8. Diseño a corte El diseño a corte de columnas deberá responder a la siguiente expresión:
Vd = Vn ≥ Vu
[2.3 - 22]
Donde el factor de reducción de resistencia deberá determinarse según el artículo 2.3.8.1., la resistencia nominal a corte Vn deberá determinarse según el artículo 2.3.8.3., y la resistencia requerida a corte Vu deberá determinarse según el artículo 2.3.8.1.
2.3.8.1. Resistencia requerida a corte - Vu -
2.3.8.1.1. Columnas donde se permite la formación de rótulas plásticas
El esfuerzo de corte último (Vu ) en columnas donde se prevea la formación de rótulas plásticas, deberá evaluarse de acuerdo con lo siguiente:
(i) Si se prevé la formación de rótulas plásticas en ambos extremos de la columna:
Vu
=
Moc base
+ Moc capitel Ln
[2.3 - 23]
(ii) Si se prevé la formación de una rótula plástica en uno de los extremos:
Vu
=
Mu + Moc Ln
[2.3 - 24]
Donde Mu se obtiene según la expresión [2.3-8] para el extremo de columna donde no se espera la formación de rótula plástica.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 84
La capacidad flexional en el desarrollo de la sobrerresistencia de las secciones de columnas donde se prevea la formación de rótulas plásticas (Moc) deberá evaluarse teniendo en cuenta el incremento de la resistencia a tracción del acero y el incremento de la resistencia a
compresión del núcleo de la columna debido al confinamiento, de acuerdo con:
Moc
=
[ λo
+
2
(
Pu f´c Ag
2
- 0,10)
] Mnc
[2.3 - 25]
Donde el segundo término entre corchetes de la expresión [2.3-25], deberá considerarse igual a cero si el esfuerzo axial último Pu es de tracción, o cuando siendo de compresión se verifique que Pu⁄(f´c Ag) ≤ 0,10.
En este caso, el esfuerzo de corte último se utilizará en conjunto con un factor de reducción de resistencia =1,00.
C 2.3.8.1.1. Columnas donde se permite la formación de rótulas plásticas
En el caso de columnas donde, según el mecanismo de colapso elegido, se prevea la formación de una rótula plástica en uno de los extremos solamente, se debe aplicarse la expresión [2.3-24].
En el cómputo de la capacidad flexional en el desarrollo de la sobrerresistencia de secciones de columnas, deberá tenerse en cuenta no sólo la sobrerresistencia del acero λo, sino también la provista por el hormigón confinado de acuerdo con la expresión [2.3-25].
2.3.8.1.2. Columnas donde no se permite la formación de rótulas plásticas El esfuerzo de corte último (Vu) en columnas donde no se prevea la formación de rótulas plásticas en sus extremos, deberá evaluarse de acuerdo con lo siguiente:
(i) En los pisos superiores de pórticos planos:
Vu = 1,30 bo VEc
[2.3 - 26]
(ii) En los pisos superiores de pórticos espaciales:
Vu = 1,60 ob VEc
[2.3 - 27]
Deberá adoptarse el mayor valor de bo correspondiente a base o capitel de la columna en el piso considerado.
En este caso, el esfuerzo de corte último se utilizará en conjunto con un factor de reducción de resistencia =1,00.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 85
C 2.3.8.1.2. Columnas donde no se permite la formación de rótulas plásticas En columnas donde no se permite la formación de rótulas plásticas, el esfuerzo de corte último puede estimarse a partir del gradiente del diagrama de momentos a lo largo de la columna. El mínimo esfuerzo de corte a considerar es bo veces el corte derivado de un análisis elástico de la estructura ante fuerzas sísmicas horizontales solamente. Se debe tener en cuenta, sin embargo, una distribución desproporcionada de los momentos impartidos por las vigas a las secciones de las columnas ubicadas por debajo y por encima del nudo, que pudiera dar un gradiente un poco mayor que el que resulta del análisis elástico. Se considera apropiado un 20% de aumento por esta causa. Por otro lado, es necesario reconocer las consecuencias más serias de una falla por corte. En tal sentido se incorpora un factor adicional 0,90/0,85 que reconoce los factores pertinentes de reducción de resistencia dados en el artículo 1.5.1.2., arribándose a la expresión [2.3-26]. Para tener en cuenta la posibilidad de que la acción sísmica actúe en dirección oblicua, en el caso de pórticos espaciales, el factor 1,30 se aumenta a 1,60 de acuerdo con lo estipulado en la expresión [2.3-27].
2.3.8.1.3. Columnas del primer piso
El esfuerzo de corte último ( Vu ) en las columnas del piso inferior, independiente del mecanismo de colapso elegido, tanto en pórticos planos como en pórticos espaciales, deberá determinarse según la expresión [2.3-23].
En este caso, el esfuerzo de corte último se utilizará en conjunto con un factor de reducción de resistencia =1,00.
C 2.3.8.1.3. Columnas del primer piso Para las columnas del piso inferior, aunque el análisis convencional indique que los momentos en el capitel son menores que en la base, como resultado del aumento de longitud de las vigas sometidas a grandes demandas de ductilidad en el segundo nivel y por encima del mismo, debe preverse la formación de una rótula plástica también en el capitel. Consecuentemente, el esfuerzo de corte requerido viene dado por la expresión [2.3-23].
2.3.8.1.4. Límite inferior del esfuerzo de corte último
El esfuerzo de corte último (Vu) en la columna no podrá ser menor que 1,70 veces el esfuerzo de corte derivado de la aplicación de las fuerzas sísmicas solamente: Vu ≥ 1,70 VEc.
C 2.3.8.1.4. Límite inferior del esfuerzo de corte último Teniendo en cuenta que la sobrerresistencia de un pórtico es al menos igual al 50% por encima del nivel mínimo especificado, se requiere que la capacidad nominal al corte de una columna sea al menos un poco mayor.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 86
2.3.8.2. Máxima resistencia requerida a corte Vu en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
En las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, en la extensión dada por el artículo 2.3.5., la resistencia requerida a corte (Vu) no deberá exceder los siguientes límites:
Vu ≤ 0,16 f´c Acv
[2.3 - 28.a]
Vu ≤ 0,85 √f´c Acv
[2.3 - 28.b]
En ningún caso deberán tomarse valores de f´c mayores que 50MPa.
2.3.8.3. Resistencia nominal a corte - Vn La resistencia nominal a corte Vn deberá determinarse según la siguiente expresión:
Vn = Vc + Vs
[2.3 - 29]
Donde la resistencia proporcionada por el hormigón Vc deberá determinarse según el artículo 2.3.8.3.1., y la resistencia proporcionada por la armadura de corte Vs deberá determinarse según el artículo 2.3.8.3.2.
2.3.8.3.1. Resistencia proporcionada por el hormigón - Vc -
La resistencia nominal a corte proporcionada por el hormigón Vc deberá determinarse según la siguiente expresión:
v Vc = c Acv
[2.3 - 30]
Donde el área efectiva de corte Acv deberá determinarse: (i) En secciones rectangulares, T, L o I, como el producto del ancho efectivo del alma bw, y la altura útil de la misma d, según cada dirección considerada, despreciando la colaboración de las alas.
(ii) En secciones octogonales, circulares, elípticas o similares; como el área encerrada por el perímetro externo de la armadura transversal.
La tensión nominal de corte provista por el hormigón vc, deberá tomarse como:
(a) En las zonas críticas de todas las columnas, en la extensión dada por el artículo 2.3.5.:
vc = 3 ka vb [f´Pc uAg - 0,10] ≥ 0
Donde Pu⁄(f´c Ag) no deberá adoptarse mayor que 0,30.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
[2.3 - 31.a]
Cap. 2 - 87
(b) En las zonas normales de todas las columnas, cuando Pu sea de compresión:
v v c = ka b [1 + f3´cPAug]
[2.3 - 31.b]
Donde Pu⁄(f´c Ag) no deberá adoptarse mayor que 0,30.
(c) En las zonas normales de todas las columnas, cuando Pu sea de tracción:
vc =
ka vb
[1 +
12 f´c
Pu Ag
]
≥0
[2.3 - 31.c]
Donde Pu deberá tomarse con signo negativo para tracción.
Donde ka en un factor que depende del tamaño máximo del agregado: ka = 1,00 para agregados de tamaño máximo igual o mayor que 20mm; ka = 0,85 para agregados de tamaño máximo igual o menor que 10mm; se deberá interpolar linealmente para valores intermedios
del tamaño máximo del agregado.
La tensión de corte básica vb, deberá determinarse según la siguiente expresión:
vb = (0,07 + 10 ef) √f´c ≤ 0,20 √f´c
[2.3 - 32]
Para la determinación de vb no deberán tomarse valores de f´c mayores que 50MPa.
La cuantía efectiva de la armadura longitudinal traccionada de la columna ef , deberá evaluarse usando el área bruta de sección de la columna (Ag ), y el área de armadura longitudinal en el sector comprendido entre el borde traccionado de la sección y una línea, paralela al borde traccionado, localizada a 1/3 de la altura útil d de la sección medida a partir de la armadura traccionada más alejada del eje neutro.
C 2.3.8.3.1. Resistencia proporcionada por el hormigón - Vc -
Para la las alas
determinación del en secciones T, L
área efectiva de corte Acv se deberá despreciar la o I. En secciones octogonales, circulares, elípticas
colaboración de o similares; Acv
se tomará como el área encerrada por el perímetro externo de la armadura trasversal. Ver la
Figura C2.11.
En las zonas críticas de todas las columnas, en la extensión dada por el artículo 2.3.5., donde
según el mecanismo de colapso elegido se prevea o no la formación de una rótula plástica,
cuando valor de
evlcedsefubeertzoomaaxrisael
de compresión es pequeño, esto es, cuando igual a cero como en el caso de vigas sin carga
Pu⁄(f´c Ag) ≤ 0,10 el axial. Para esfuerzos
de compresión mayores, la expresión [2.3-31.a] da un incremento gradual de la contribución
del hormigón a medida que aumenta el esfuerzo de compresión.
Cuando se compute vc y Pu , es necesario asegurar que correspondan a la misma
combinación de estados de carga. En la expresión [2.3-31.a], Pu deberá ser el valor mínimo consistente con el esfuerzo de corte actuante.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 88
La contribución del hormigón a la resistencia al corte en zonas normales, viene dada por las expresiones [2.3-31.b] y [2.3-31.c]. Esta contribución aumenta cuando existe compresión axial y disminuye en presencia de tracción axial. El segundo término de la expresión [2.3-31.c] es siempre negativo.
bwx
Vx d II
c
Vy
Acv
by Vy
Acv
dy
dy
bwy Vy
Acv
dy dy
Vx
dx Acv dx
bw x
d II c
by
bwy
Figura C2.11. Ejemplos para la determinación del área efectiva de corte en columnas.
La cuantía efectiva de la armadura longitudinal traccionada de la columna ef , deberá evaluarse según:
ef
=
Ase Ag
Donde Ase es el traccionado de la
área de sección
armadura longitudinal en el sector comprendido entre y una línea, paralela al borde traccionado, localizada a
el borde 1/3 de la
altura útil d de la sección medida a partir de la armadura traccionada más alejada del eje
neutro. Ver la Figura C2.12.
borde comprimido
borde comprimido
d/3 d
d/3 d
Ast = 16Ab Ase = 7Ab
borde traccionado
Ast = 20Ab Ase = 9Ab
borde traccionado
Figura C2.12. Área efectiva de la armadura longitudinal traccionada en columnas.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 89
2.3.8.3.2. Resistencia proporcionada por la armadura - Vs La resistencia nominal a corte proporcionada por la armadura de corte perpendicular al eje de la columna deberá determinarse según:
(a) Estribos rectangulares, con o sin estribos suplementarios de una rama:
Vs
=
Av
fyt s
d
[2.3 - 33]
En el caso de estribos rectangulares en columnas de sección circular, deberá tomarse d como la longitud de la rama de estribo en consideración.
(b) Estribos circulares o en espiral:
Vs
=
2
Av1
fyt s
d''
Donde Av1 es el área individual del estribo circular o en espiral.
[2.3 - 34]
C 2.3.8.3.2. Resistencia proporcionada por la armadura - Vs En la Figura C2.13. se presentan diferentes disposiciones de armaduras transversales en columnas de sección cuadrada, y se determina la armadura de corte total en cada dirección.
EJEMPLO A
A1
Y
A2
X
A3 EJEMPLO B
Armadura de corte en X:
Avx = 2A1 + 2 (1/3)A2 + 2A3
Armadura de corte en Y:
Avy = 2A1 + 2A2 + 2 (1/3)A3
A1
Y
X
A2
Armadura de corte en X e Y:
Avx = Avy = 2A1 + 2 (1/3)A2+ 4 (1/3)0,707A2
Figura C2.13. Ejemplos para la determinación de la armadura de corte total en columnas cuadradas.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 90
EJEMPLO C
A1
Y X
A2 A2
A3 A3
Armadura de corte en X:
Avx = 2A1 + 2A3
Armadura de corte en Y:
Avy = 2A1 + 2A2
Figura C2.13. (continuación) Ejemplos para la determinación de la armadura de corte total en columnas cuadradas.
En la Figura C2.14. se muestran diferentes disposiciones de armaduras transversales en columnas de sección circular, y se determina la resistencia nominal a corte Vs proporcionada por esas configuraciones de estribos.
EJEMPLO A
A1
Y X
d II c
EJEMPLO B
d1I
Resistencia nominal a corte proporcionada por los estribos:
π Vsx = Vsy = ( /2) Av fy (dcII/s) con Av = A1
A1
Y X
d II c
A2
Resistencia nominal a corte proporcionada por los estribos:
π circular: Vsx = Vsy = ( /2) Av fy (dcII/s) con Av = A1
rectangular: Vsx = Vsy = Av fy (d1I/s) con Av = 2A2
Figura C2.14. Ejemplos para la determinación de la resistencia nominal a corte proporcionada por estribos en columnas circulares.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 91
EJEMPLO C
d1I
A1
Y X
A2
A2
d II c
Resistencia nominal a corte
proporcionada por los estribos:
π circular: Vsx = Vsy = ( /2) Av fy (dcII/s) con Av = A1
de una rama: Vsx = Vsy = Av fy (d1I/s) con Av = A2
Figura C2.14. (continuación) Ejemplos para la determinación de la resistencia nominal a corte proporcionada por estribos en columnas circulares.
2.3.9. Armadura de corte
2.3.9.1. Separación máxima de estribos La separación entre estribos de columnas no deberá ser mayor que:
(a) Cuando Pu⁄(f´c Ag) ≤ 0,12: como en vigas (artículo 2.2.8.1.) (b) Cuando Pu⁄(f´c Ag) > 0,12: 0,75 hc o 600 mm
C 2.3.9.1. Separación máxima de estribos Se establecen separaciones máximas de estribos para asegurar que los planos potenciales de falla por tracción diagonal estén cruzados por suficientes conjuntos de estribos.
2.3.9.2. Armadura diagonal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
En columnas donde Pu⁄(f´c Ag) ≤ 0,10, con la carga axial mínima de compresión asociada con el corte máximo, deberá aplicarse lo establecido en el artículo 2.2.8.2. Se exceptúan las columnas sometidas a cualquier nivel de compresión axial cuando las barras verticales se encuentren distribuidas en todas las caras de la sección y aquéllas donde las barras verticales se dispongan en forma circular.
C 2.3.9.2. Armadura diagonal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
Las rótulas plásticas que puedan desarrollarse en columnas no se espera que estén sometidas a grandes demandas de ductilidad y, por lo tanto, a fluencia por tracción cíclica reversible. Más aún, al menos para una dirección de la acción sísmica, existirá una considerable compresión axial que cerraría las grandes grietas. También, es probable que la
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 92
acción de pasador de un número considerable de las barras longitudinales de las columnas, sea más efectiva en las zonas extremas confinadas. Por esta razón los requerimientos del artículo 2.2.8.2. no se aplicarán, cualquiera sea el nivel de compresión axial, cuando las barras verticales, que se consideran que actúan como pasadores, estén uniformemente distribuidas en todas las caras de la sección de la columna o estén dispuestas en forma circular. De no ser así, y cuando Pu⁄(f´c Ag) ≤ 0,10, la columna deberá ser tratada como una viga. Estas columnas normalmente corresponden a edificios bajos o al piso superior de edificios de varios pisos. En la mayoría de los casos es probable que la tensión total de corte en tales columnas no supere 0,25 √f´c . Las zonas de rótulas plásticas de columnas sometidas a momento y tracción axial, deberán ser tratadas como las zonas similares de vigas. De esta manera, deberá proveerse armadura de corte diagonal en las zonas críticas extremas de dichas columnas cuando la tensión total de corte sea mayor que 0,25 √f´c . Debe notarse que para esta situación se intenta permitir que se forme una rótula plástica y, por lo tanto, debe esperarse una fluencia considerable de la armadura de la columna. Con una gran tracción axial, la profundidad del eje neutro puede ser tan pequeña que el hormigón no estará en contacto en la sección crítica. La recomendación implica que hasta una tensión de corte de 0,25 √f´c puede absorberse sólo por acción de pasador.
2.3.9.3. Corte por fricción
Cuando la resistencia al corte en componentes sometidos a acciones sísmicas, deba ser
provista por un mecanismo de fricción por corte y la respuesta en el plano crítico de corte permanezca elástica, se aplicará lo especificado en el artículo 11.7. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005. Esta prescripción no es aplicable a las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en vigas o columnas.
C 2.3.9.3. Corte por fricción
En componentes sometidos a acciones sísmicas, sólo se deberá utilizar lo estipulado en el artículo 11.7. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005 cuando pueda demostrarse que no ocurrirán deformaciones inelásticas cuando se alcance la sobrerresistencia de la estructura.
2.3.10. Anclajes
2.3.10.1. Longitud de anclaje
Para el cálculo de la longitud de anclaje ( ld ) se tendrá en cuenta lo establecido en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, salvo lo correspondiente a los artículos 12.2.5., 12.5.3. y 12.7.1. relacionado con la reducción por la armadura en exceso.
C 2.3.10.1. Longitud de anclaje
Lo estipulado en los artículos 12.2.5, 12.5.3. y 12.7.1. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005 referido a la reducción de la longitud de
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 93
anclaje por la armadura en exceso, es inseguro en zonas adyacentes a las zonas de formación potencial de rótulas plásticas y en los extremos de columnas que se encuentran protegidas por un diseño por capacidad. En tales columnas, la magnitud de las tensiones en las barras longitudinales puede aproximarse a la fluencia.
2.3.10.2. Anclaje efectivo de las barras longitudinales
Cuando las barras longitudinales de la columna terminen en un nudo viga-columna o en un nudo entre columna y elementos de fundación, y cuando se espera que se desarrolle una rótula plástica en la columna, el anclaje de las barras longitudinales de la columna deberá considerarse a partir de la menor longitud entre 1/2 de la altura de la viga (hb /2) u 8 db, medido desde la cara en la cual las barras de la columna entran en la viga o elemento de fundación. Cuando no se desarrolle rótula plástica en la columna, la longitud de anclaje deberá comenzar desde la cara de la viga donde entran las barras de la columna.
C 2.3.10.2. Anclaje efectivo de las barras longitudinales Como consecuencia de la penetración de la fluencia desde la cara de la viga hacia su núcleo, la longitud disponible para que las barras de la armadura longitudinal desarrollen su resistencia (longitud de anclaje) se reduce gradualmente durante las reversiones cíclicas de las acciones sísmicas. Para asegurar que la capacidad de la columna se mantenga después de varias incursiones de la estructura en el campo inelástico, se requiere que no se considere para el anclaje una longitud igual a la menor entre la mitad de la altura de la viga hb /2 y 8 db. Ese requisito no se aplica en las columnas donde no se espera el desarrollo potencial de rótulas plásticas.
2.3.10.3. Posición del anclaje de las barras longitudinales
Ninguna barra de una columna que se ancle en una viga, deberá terminarse dentro del nudo sin un codo a 90° o un dispositivo equivalente de anclaje tan cerca como sea posible a la cara opuesta de la viga y no más cerca que 3/4 de la altura de la viga (3/4 hb) medido desde la cara donde entran las barras. A menos que una columna se diseñe solamente para resistir esfuerzos axiales, la dirección del tramo horizontal del codo deberá dirigirse siempre hacia la cara opuesta de la columna.
C 2.3.10.3. Posición del anclaje de las barras longitudinales Cuando las barras se anclan en, o cerca del núcleo de una viga, se requiere que la tensión de aplastamiento desarrollada en el doblez, se dirija hacia el núcleo para asegurar una transferencia importante de esfuerzos dentro del nudo. Por lo tanto, no se permite doblar las barras fuera del núcleo. Si en un nudo se desarrollan rótulas plásticas en los extremos de las vigas, cuando una o más barras de armadura longitudinal de la columna se deban anclar en el nudo, es preferible anclar las barras en la misma columna, situación que evita un aumento innecesario de la capacidad flexional de la viga en la zona de rótula plástica.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 94
2.3.10.4. Máximo diámetro de las barras longitudinales
El diámetro de las barras longitudinales pasantes a través de nudos, deberá ser como máximo igual a 1/25 de la altura de la viga (hb /25).
C 2.3.10.4. Máximo diámetro de las barras longitudinales
En nudos viga-columna, pueden desarrollarse tensiones de adherencia extremadamente altas cuando un pórtico soporta grandes deformaciones inelásticas debido a la acción sísmica. Las barras longitudinales de las vigas son forzadas a fluir en tracción en una cara de la columna y están sometidas a una gran compresión en la cara opuesta.
Existen dos criterios diferentes para limitar el diámetro de las barras longitudinales pasantes. Uno, sostenido por la escuela neocelandesa propende a evitar que las barras deslicen prematuramente en el núcleo del nudo durante desplazamientos cíclicos inelásticos. El otro, sostenido por la escuela norteamericana, en cambio, permite la pérdida de adherencia dentro del nudo, aceptando que las barras se anclen en la viga opuesta. Este segundo criterio es el que se ha adoptado, porque permite un relajamiento del diámetro de las armaduras longitudinales pasantes, descongestionando el nudo, y permitiendo una mayor facilidad en el colado del hormigón.
2.3.10.5. Extensión de las barras longitudinales en el nudo
Cuando se desarrollen rótulas plásticas en las columnas las barras longitudinales que pasen por un nudo deberán extenderse rectas a través de los mismos. Cuando no se desarrollen rótulas plásticas en las columnas, la pendiente de las barras inclinadas con el eje de la columna no deberá exceder 1 en 6 y deberán disponerse estribos horizontales en el doblez que soporten 1,50 veces el empuje horizontal desarrollado por las barras de la columna a la tensión de fluencia. Estos estribos se adicionarán a los necesarios para resistir el corte.
C 2.3.10.5. Extensión de las barras longitudinales en el nudo Se intenta prevenir la posibilidad del pandeo lateral de barras dobladas por cambios de sección cuando las barras están en compresión, o la pérdida del recubrimiento de hormigón cuando las barras están en tracción.
2.3.10.6. Anclaje de estribos
Los estribos cerrados rectangulares o circulares, zunchos, y estribos suplementarios de una rama deberán encerrar las barras longitudinales de la columna, estando en contacto con las mismas. Los estribos y zunchos deberán estar anclados por un gancho de al menos 135°. Alternativamente los extremos del estribo o zuncho podrán soldarse para que desarrollen la resistencia de rotura de la barra.
Los estribos circulares no podrán anclarse con ganchos en la misma barra longitudinal, deberán solaparse en al menos una distancia de 150mm, se deberá intercalar la posición del solape en altura.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 95
C 2.3.10.6. Anclaje de estribos
Este requerimiento asegura el anclaje del estribo en el interior del núcleo, aun después de la pérdida del recubrimiento. La experiencia del comportamiento de las estructuras ante terremotos severos, y los ensayos de modelos en laboratorio, demuestran que los estribos con ganchos a 90° no son eficaces.
2.3.11. Empalmes
2.3.11.1. Empalmes por yuxtaposición
Cuando se admita la formación de rótulas plásticas en columnas, el centro del empalme por yuxtaposición deberá ubicarse dentro del cuarto medio de la altura de la columna. Dentro de nudos viga-columna no podrán empalmarse barras por yuxtaposición.
C 2.3.11.1. Empalmes por yuxtaposición Los empalmes por yuxtaposición no pueden ubicarse dentro de la zona de formación potencial de rótulas plásticas donde las condiciones de anclaje pueden ser muy críticas. Por ello, cuando se admitan rótulas plásticas en los extremos de columnas, deberán evitarse los empalmes por yuxtaposición, de no ser esto posible, el centro del empalme deberá desplazarse hasta el cuarto medio de la altura de la columna.
2.3.11.2. Empalmes soldados o con conectores mecánicos
Para los empalmes soldados o con conectores mecánicos será de aplicación lo especificado en el artículo 2.2.10.2.
2.3.11.3. Confinamiento en los empalmes por yuxtaposición
Para el confinamiento de los empalmes por yuxtaposición será de aplicación lo especificado en el artículo 2.2.10.3. En columnas rectangulares, podrán evitarse los estribos de confinamiento en los empalmes por yuxtaposición de las barras intermedias según lo especificado en el artículo 2.2.10.3. En columnas circulares podrán presentarse dos casos:
(a) para el caso de empalme paralelo a la circunferencia, ver la Figura 2.18.(a), el valor de Atr deberá considerarse según la expresión [2.2-25];
(b) para el caso de empalme paralelo al radio, ver la Figura 2.18.(b), cuando n ˃ 6, el valor de Atr deberá considerarse como la expresión [2.2-25] incrementada en un factor n / 6, siendo n el número de barras empalmadas.
2.3.11.4. Empalme de estribos por yuxtaposición
En zonas de formación potencial de rótulas plásticas no deberán empalmarse estribos por yuxtaposición.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 96
Atr fyt superficie potencial de separación
Atr (db)
db Atr (db)
Atr fyt
N = A tr fyt 6/n con n > 6
N
(a)
Atr fyt
(b)
Atr fyt
Figura 2.18. Confinamiento en empalmes por yuxtaposición en columnas circulares.
2.4. DISEÑO DE NUDOS VIGA-COLUMNA
2.4.1. Área efectiva del nudo
El área efectiva de corte horizontal en el nudo Ajh, y el área efectiva de corte vertical en el nudo Ajv, deberán considerarse como:
(a) En columnas rectangulares:
Ajh = bj hc
[2.4 - 1]
Ajv = bj hb
[2.4 - 2]
Donde el ancho efectivo del nudo bj, deberá tomarse como: (i) Cuando bc > bw, ver la Figura 2.19.(a), el menor de: bj = bc
bj = bw + 0,50 hc
[2.4 - 3] [2.4 - 4]
(ii) Cuando bc < bw, ver la Figura 2.19.(b), el menor de: bj = bw
bj = bc + 0,50 hc
[2.4 - 5] [2.4 - 6]
(b) En columnas circulares y poligonales, se podrá transformar la sección real de la columna en una sección cuadrada equivalente igualando sus respectivas áreas, y sobre la sección cuadrada equivalente se aplicará lo especificado en el artículo 2.4.1.(a).
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 97
(c) En columnas de sección elíptica, se podrá transformar la sección real de la columna en
una sección rectangular equivalente, igualando sus respectivas áreas y manteniendo la relación hc⁄bc igual a la relación entre los diámetros principales de la elipse, y sobre la sección rectangular equivalente se aplicará lo especificado en el artículo 2.4.1.(a).
1
Viga
2
1
2
bc bw bj
hb
bw bc bj
hc
Columna
hc
(a)
(b)
Figura 2.19. Ancho efectivo del nudo.
2.4.2. Esfuerzo de corte en el nudo
2.4.2.1. Nudos con rótulas plásticas en las vigas
El esfuerzo de corte horizontal en el nudo Vjh , deberá calcularse suponiendo que las secciones de las vigas que concurren al nudo desarrollan su sobrerresistencia flexional en la cara de la columna, del equilibrio de cuerpo libre del nudo, ver la Figura 2.20., se obtiene:
Vjh = Ts + C's + C'c - Vcol
[2.4 - 7]
El esfuerzo de corte en la columna Vcol deberá evaluarse según el artículo 2.4.2.3.
Mc Vcol
Vcol
C´s C´c
Vb Ts
Vjh
Vjv
Vjv
Vjh
Ts Vb
C´c C´s
Ts+C´s+C´c Vjh
Vcol Mc
Vcol
hc
Figura 2.20. Diagrama de cuerpo libre de un nudo interior con vigas armadas convencionalmente.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 98
(a) Para nudos internos, con rótulas plásticas en las secciones extremas de las vigas, cuando la armadura de la viga es continua en el nudo y está dispuesta de forma convencional, el corte horizontal en el nudo Vjh se evalúa según:
Vjh = λo fy (As + A's) - Vcol
[2.4 - 8]
Cuando las vigas posean armaduras distintas a ambos lados del nudo, dispuestas de
forma convencional, en la expresión [2.4-8] deberá considerarse el mayor valor entre: la suma de la armadura As de la viga izquierda y A's de la viga derecha (Asi + A'sd), o la suma de la armadura A's de la viga izquierda y As de la viga derecha (A'si + Asd).
Vcol
A´s
Ts+C´s+C´c
A´s
Vjh
As
As
Vcol
Ts = o A´s fy
C´s+C´c = o As fy
Figura 2.21. Corte horizontal en un nudo interno, con viga armada convencionalmente.
(b) Para nudos internos, con rótulas plásticas en las secciones extremas de las vigas, cuando la armadura de la viga es continua en el nudo y está distribuida en las caras laterales, el corte horizontal en el nudo Vjh se evalúa según:
Vjh = λo fy (As1 + As2) - Vcol
[2.4 - 9]
As1
e.n.
As2
Vcol Ts+C´s+C´c
Vjh
Vcol
As2
e.n.
As1
Ts = o As1 fy C´s+C´c = o As2 fy
Figura 2.22. Corte horizontal en un nudo interno, con vigas con armadura en las caras laterales.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 99
(c) Para nudos externos, con rótula plástica en la sección extrema de la viga, cuando la armadura de la viga está dispuesta de forma convencional, el corte horizontal en el nudo Vjh se evalúa según:
Vjh = λo fy As - Vcol
[2.4 - 10]
e.n.
As
Vcol Ts+C´s+C´c
Vjh
Vcol
C´s+C´c = o As fy
Figura 2.23. Corte horizontal en un nudo externo, con viga armada convencionalmente.
Cuando la viga que concurre al nudo posea armadura superior e inferior distintas, deberá considerarse As como la mayor entre ambas.
2.4.2.2. Nudos con rótulas plásticas en las columnas
El esfuerzo de corte horizontal en el nudo Vjh , para nudos internos o externos, deberá calcularse suponiendo que las secciones de las columnas que concurren al nudo desarrollan su sobrerresistencia flexional en la cara de la viga, resultando:
Vjh
=
Moc supn + Moc infn hb
-
Vu
[2.4 - 11]
Siendo, Moc supn la capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional de la sección de columna superior en el nudo, y Moc infn la correspondiente para la sección de columna
inferior en el nudo. Para la determinación de la capacidad en el desarrollo de la
sobrerresistencia flexional de la sección de la columna Moc se utilizará la expresión [2.3-25].
El esfuerzo de corte último en la columna Vu, determinado según la expresión [2.3-23], se adoptará como el menor valor entre el esfuerzo de corte de la columna superior y el
correspondiente de la columna inferior del nudo.
2.4.2.3. Esfuerzo de corte en la columna Vcol
El esfuerzo de corte en la columna Vcol asociado al desarrollo de la sobrerresistencia flexional de las vigas, que será utilizado en las expresiones [2.4-7], [2.4-8], [2.4-9] y [2.4-10], deberá
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 100
determinarse según (ver la Figura 2.24.):
Vcol
=2
(LLnbb11
Mob1 +
Lb2 Lnb2
Mob2)⁄(Lc1
+ Lc2)
[2.4 - 12]
Lc2
Lnb1 Lb1
Lnb2
nudo
Lb2
Lc1
Figura 2.24. Variables para la determinación del esfuerzo de corte en la columna Vcol para diseño de los nudos.
2.4.3. Máximo esfuerzo de corte horizontal en el nudo El esfuerzo de corte horizontal en el nudo Vjh, no deberá exceder los siguientes límites, en todos los casos f´c ≤ 50 MPa:
(a) Para nudos en pórticos planos:
Vjh ≤ 0,25 f´c Ajh
[2.4 - 13]
(b) Para nudos en pórticos espaciales, en cada dirección independientemente:
Vjh ≤ 0,20 f´c Ajh
[2.4 - 14]
C 2.4.3. Máximo esfuerzo de corte horizontal en el nudo
Se especifica un límite superior del esfuerzo de corte horizontal en el nudo Vjh para salvaguardar al hormigón del núcleo de tensiones excesivas de compresión diagonal.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 101
2.4.4. Anclajes
El diámetro de las barras longitudinales de vigas pasantes a través de nudos deberá ser como máximo igual a hc / 25. El diámetro de las barras longitudinales de columnas pasantes a través de nudos deberá ser como máximo igual a hb /25.
C 2.4.4. Anclajes La limitación del diámetro máximo de las barras longitudinales de vigas y columnas, intenta prevenir una pérdida excesiva de adherencia de las barras dentro del nudo.
2.4.5. Armadura transversal
La armadura transversal en el nudo deberá ser al menos igual a la máxima correspondiente a los extremos de las columnas que concurren al nudo.
C 2.4.5. Armadura transversal
La resistencia al corte de un nudo viga–columna ante cargas horizontales monótonamente crecientes está provista por dos mecanismos: un mecanismo de biela y un mecanismo de celosía. El primer mecanismo está compuesto por una biela de hormigón que atraviesa diagonalmente el nudo. Esta biela es capaz de equilibrar las compresiones transmitidas por el hormigón de vigas y columnas y una parte del esfuerzo de corte transmitido por las barras longitudinales dentro del ancho de la biela. El mecanismo de celosía transmite los esfuerzos de las barras longitudinales de vigas y columnas mediante un campo en compresión diagonal provisto por armaduras horizontales y verticales que equilibran las compresiones generadas en las bielas comprendidas entre grietas.
Existe una importante controversia en relación con la función de la armadura horizontal en un nudo. De acuerdo con la escuela neocelandesa, cuando el nudo se encuentra sometido a solicitaciones cíclicas reversibles con plastificaciones importantes en las barras de la armadura, la adherencia se ve comprometida y el mecanismo de biela se empieza a deteriorar ya que la biela se encuentra sometida a compresiones en su eje y tracciones normales a su eje. De esta manera, mientras la escuela neocelandesa le asigna un papel preponderante al mecanismo de celosía, la escuela norteamericana, en cambio, se lo da al mecanismo de biela. De acuerdo con lo anterior, para la escuela neocelandesa, la armadura horizontal en un nudo tiene como función resistir el corte horizontal; para la escuela norteamericana, en cambio, la armadura horizontal tiene como función confinar a la biela comprimida de forma de que pueda mantener su resistencia sin degradaciones importantes.
En la versión original de la Parte II del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 del año 1983, se especificaban dos tipos de hormigones sismorresistentes, el denominado hormigón sismorresistente convencional y el hormigón sismorresistente dúctil. Para el diseño de nudos viga–columna, el primero seguía la escuela norteamericana, mientras que el segundo seguía los criterios de la escuela neocelandesa. Este enfoque, pretendía aunar ambas escuelas tratando de que los criterios no fueran excluyentes sino complementarios. Posteriormente, con la puesta en vigencia del Reglamento se comprobó que la aplicación de la teoría neocelandesa conducía frecuentemente a congestiones importantes de armadura, que dificultaban el colado del hormigón. A raíz de esto, se desarrolló un programa experimental en el Laboratorio de Estructuras de Instituto Nacional de Prevención Sísmica, donde se comprobó que los nudos armados con los requerimientos de la escuela norteamericana, tenían también un buen comportamiento. Siendo su diseño más simple y su materialización
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 102
en obra menos dificultosa. Con base en los resultados obtenidos, ya en la edición 1991 de la Parte II del Reglamento INPRES-CIRSOC 103 se adoptaron exclusivamente los criterios de la escuela norteamericana.
En esta nueva versión de la Parte II, se mantiene el criterio norteamericano de confinamiento.
2.4.6. Armadura vertical
La armadura vertical total en los planos paralelos al de flexión de las vigas deberá disponerse, dentro del ancho efectivo del nudo, entre las barras de esquina de la columna. Dicha armadura Avj, deberá tener como mínimo una sección igual al 40% de la máxima sección de la armadura longitudinal de columna ubicada en un plano perpendicular al de la flexión de las vigas que concurren al nudo, ver la Figura 2.25.
Avj ≥ 0,40 Asmáx
[2.4 - 15]
En el caso de pórticos espaciales, deberán verificarse ambas direcciones principales de análisis.
bj
Plano de flexión de la viga
Asmáx.
Avj
Asmín.
Figura 2.25. Disposición de armadura vertical en nudos.
C 2.4.6. Armadura vertical
La armadura vertical también contribuye al confinamiento del nudo y, al mismo tiempo, completa el mecanismo de celosía.
2.4.7. Nudos con columnas anchas y vigas angostas
Cuando el ancho de la columna sea mayor que el ancho efectivo del nudo especificado en los artículos 2.4.1. o 2.4.8., toda la armadura flexional requerida de la columna deberá ubicarse dentro del área efectiva del nudo (bj hc). En la columna, fuera del área efectiva del nudo, deberá ubicarse armadura longitudinal adicional según el artículo 2.3.6. y armadura transversal adicional según el artículo 2.3.7.
C 2.4.7. Nudos con columnas anchas y vigas angostas
Cuando, debido a las acciones sísmicas, una viga angosta transmite momentos a una columna ancha, puede ser inseguro suponer que la armadura longitudinal de la columna
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 2 - 103
ubicada alejada del área del nudo, pueda efectivamente participar en la transferencia de momentos entre la columna y la viga. Por lo tanto, la armadura longitudinal de la columna que se requiere que interactúe en un nivel particular con una viga angosta deberá ubicarse dentro del ancho efectivo del nudo. Para resistir las cargas de los pisos superiores, o de vigas que concurren a la columna en la otra dirección, y para satisfacer requisitos mínimos para la distribución de la armadura longitudinal, las barras longitudinales deben también ubicarse fuera del área efectiva horizontal del nudo bj hc. Un ejemplo de los detalles pertinentes de la armadura, se muestra en la Figura 2.26. Los requerimientos para la armadura longitudinal y transversal ubicada afuera del área efectiva horizontal del nudo bj hc son proveer resistencia torsional y confinamiento.
2.4.8. Nudos excéntricos
El ancho efectivo del nudo (bj) no deberá tomarse mayor que 0,50 (bw + bc + 0,50 hc) - e; donde e, es la excentricidad de la viga relativa a la columna a la cual concurre, ver la Figura 2.26.
armadura longitudinal requerida de columna y armadura transversal
de nudo dentro del área bj hc
bj
eje longitudinal de viga
e
eje de columna armadura longitudinal y transversal adicional de acuerdo con los artículos 2.3. 6. y 2.3.7.
hc Figura 2.26. Detalle de armaduras en nudos con columnas anchas y vigas angostas.
C 2.4.8. Nudos excéntricos
Para evitar la necesidad de tener que estimar los efectos torsionales en una columna o en un nudo como resultado de la ubicación excéntrica de la viga que transfiere momentos inducidos por la acción sísmica, el ancho efectivo del nudo se reduce artificialmente y, como una concesión, se permite el procedimiento de diseño normal para el nudo y la columna. Se considera que esta restricción permitirá una reserva de resistencia suficiente de afuera del área efectiva del nudo especificada, para absorber con un margen adecuado de seguridad los efectos torsionales. Sin embargo, se justifica ser conservador en el diseño porque el comportamiento de nudos excéntricos no está bien entendido.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 2 - 104
CAPÍTULO 3. TABIQUES SISMORRESISTENTES DE HORMIGÓN ARMADO
3.0. SIMBOLOGÍA
A
grado de acoplamiento, definido en la expresión [3-1].
Ab área de la sección de una barra longitudinal individual, en mm2. Ac* área del núcleo de hormigón dentro de la zona a confinar, en mm2.
Acv área efectiva de corte, en mm2.
Af área efectiva de la sección del tabique para determinar la resistencia al corte por fricción, en mm2.
Ag área bruta de la sección transversal, en mm2. A*g área bruta de hormigón de la zona a confinar, en mm2. Ar relación de aspecto de un tabique (Ar = hw⁄Lw).
Asd área de la armadura diagonal en cada dirección, en mm2.
Ash área total de estribos de confinamiento para cada dirección, cerrados y suplementarios de una rama, distribuidos en una longitud h'' y con una separación
sh, en mm2.
Asw área total de la armadura vertical en el alma del tabique, en mm2.
Ate área de la sección de una rama de estribo, en mm2.
Atr área de la armadura transversal para lograr la fuerza de cierre en empalmes, en mm2.
Avf área total de armadura perpendicular al plano de corte, en mm2.
Avh área total de estribos de corte en una capa horizontal, en mm2.
Avv área de la armadura vertical de corte, en mm2. Awb área del elemento de borde, en mm2.
Ie
momento de inercia efectivo de la sección transversal, en mm4.
Ig
momento de inercia de la sección bruta transversal, en mm4.
LT distancia entre ejes de tabiques acoplados, en mm.
Ln altura libre entre pisos u otros apoyos laterales efectivos, o longitud libre de un componente, en mm.
Lw longitud de un tabique, en mm. Md resistencia de diseño a flexión, en Nmm.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 105
Mdi momento adicional provisto por la armadura diagonal, en Nmm.
MEw momento en un tabique producido exclusivamente por la acción sísmica horizontal, en Nmm.
Mn resistencia nominal de la sección, en Nmm. Mow capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional en la sección crítica de un
tabique (Mow = λo Mnw s. crítica= 1,40 Mnw s. crítica), en Nmm.
Mu resistencia requerida a flexión, o momento último, en Nmm. PEw esfuerzo axial en un tabique producido exclusivamente por la acción sísmica
horizontal, en Nmm.
Pow1,2 esfuerzo axial para la determinación de la capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional de la sección crítica en tabiques acoplados, obtenido a partir del corte proveniente de la capacidad flexional de las vigas de acoplamiento, y de la carga axial provista por la carga permanente solamente, en N.
PowE esfuerzo axial inducido por la acción sísmica horizontal en cada uno de los tabiques acoplados, cuando se alcanza la sobrerresistencia de las vigas de acoplamiento, en N.
PDw esfuerzo axial debido a cargas permanentes, determinado con un factor de mayoración igual a 1,00, en N.
Pu esfuerzo axial requerido, puede provenir de las combinaciones de carga o criterios de diseño por capacidad, en N.
R
factor de reducción, según el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I
“CONSTRUCCIONES EN GENERAL”.
Rd factor definido en la expresión [3-43].
V1 esfuerzo de corte generado por el momento adicional provisto por la armadura diagonal, en N.
Vc resistencia nominal a corte proporcionada por el hormigón, en N.
Vd resistencia de diseño a corte, en N.
Vdi resistencia adicional al corte por deslizamiento provista por la armadura diagonal, en N.
VE esfuerzo de corte provocado por las fuerzas sísmicas horizontales solamente, en N.
VoE esfuerzo de corte de un tabique, obtenido a partir del desarrollo de la sobrerresistencia flexional en la base del tabique, en N.
Vf resistencia al corte provista por el mecanismo de fricción por corte, en N. Vob esfuerzo de corte de sobrerresistencia de la viga de acoplamiento, en N.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 106
Vn resistencia nominal a corte, en N.
Vs resistencia nominal a corte proporcionada por la armadura de corte, en N.
Vsw resistencia al corte provista por el mecanismo de pasador, en N.
Vu resistencia requerida a corte, o corte último, en N.
b
espesor del elemento de borde medido perpendicular a la longitud del tabique, en mm.
bi
espesor del sector considerado del tabique, en mm.
b1 espesor del elemento de borde medido según la longitud del tabique, en mm.
bcr espesor crítico de los elementos de borde de un tabique, en mm.
bec ancho efectivo en compresión de las alas de un tabique, en mm.
bet ancho efectivo en tracción de las alas de un tabique, en mm.
bf ancho total del ala de un tabique, en mm.
bw espesor del alma de un tabique, en mm.
c
profundidad del eje neutro, en mm.
c´ profundidad de la zona a confinar, en mm.
cc profundidad crítica del eje neutro, en mm.
d
altura útil de la sección. Distancia entre la fibra comprimida extrema y el baricentro
de la armadura longitudinal más traccionada, en mm.
db diámetro de una barra longitudinal, en mm.
f´c resistencia especificada a la compresión del hormigón, en MPa. Según el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
fy
tensión de fluencia especificada de la armadura longitudinal (corresponde al límite
de fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
fyt tensión de fluencia especificada de la armadura transversal (corresponde al límite de fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
h'' dimensión del núcleo de hormigón confinado medido perpendicular a la dirección de las ramas de los estribos de confinamiento, en mm.
hb altura total de la sección de una viga de acoplamiento, en mm.
hw altura de un tabique, en mm.
kcr factor definido en la expresión [3-4].
ld
longitud de adherencia, en mm.
ldi brazo de palanca de la cupla resistente de la armadura diagonal, en mm.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 107
n
número de pisos.
sh separación entre capas de estribos horizontales, en mm.
sv separación de la armadura vertical de un tabique, en mm.
vc
tensión nominal de corte provista por el hormigón, en MPa.
ángulo que forma la armadura diagonal con la horizontal.
λo factor de sobrerresistencia del acero (λo = 1,40).
ξ
factor definido en la expresión [3-3].
l
cuantía de la armadura vertical del sector considerado (ρl = ∑ Ab ⁄(bi sv)).
le cuantía de la armadura vertical del sector extremo de la sección transversal de un
tabique sismorresistente en la zona de formación potencial de rótula plástica.
ϕwo factor de sobrerresistencia flexional en tabiques.
ωv factor de amplificación dinámica para tabiques.
factor de reducción de resistencia.
f
coeficiente de fricción, según el artículo 11.7.4.3. del Reglamento Argentino de
Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
∑ Ab
suma de las áreas de las barras longitudinales del sector del tabique, la sumatoria
se extiende sobre las barras longitudinales comprendidas dentro del área - bi sv -, en mm2.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 108
3.1. CLASIFICACIÓN
3.1.1. Tabiques sismorresistentes en voladizo Son aquéllos donde el momento de vuelco total en la base se resiste solamente por flexión, ver la Figura 3.1.(a). El mecanismo de colapso se generará por una única rótula plástica en la sección de mayor resistencia requerida a flexión, usualmente situada en la base de los tabiques.
hw
(a)
Mow
Mow1 PowE
(b)
PowE
LT
Mow2
Figura 3.1. Mecanismos de resistencia flexional en tabiques sismorresistentes.
3.1.2. Tabiques sismorresistentes acoplados
Son aquéllos donde el momento de vuelco total en la base se resiste por flexión y por una cupla provocada por esfuerzos axiales, ver la Figura 3.1.(b). El mecanismo de colapso estará constituido por rótulas plásticas en las vigas de acoplamiento y en la sección de mayor resistencia requerida a flexión en cada uno de los tabiques, usualmente situada en la base de los mismos. Para que esto sea posible, las vigas de acoplamiento (según el artículo 3.8.1.) deberán poseer suficiente rigidez y resistencia a fin de que el grado de acoplamiento A, definido en la expresión [3-1], esté comprendido entre 1/3 y 2/3.
1 3
≤
A=
PowE LT PowE LT + ∑ Mowi
≤
2 3
[3 - 1]
Cuando A < 1/3 se considerará cada tabique como en voladizo. Cuando A > 2/3 se considerará el conjunto como un único tabique en voladizo con aberturas.
C 3.1. CLASIFICACIÓN
Resulta conveniente clasificar los tabiques sismorresistentes en tabiques en voladizo y tabiques acoplados, ya que cada uno tiene particularidades propias en su diseño. Es importante también cuantificar el grado de acoplamiento a fin de que el diseñador pueda distinguir si está tratando con tabiques acoplados, con dos tabiques en voladizo interconectados entre sí, o con un único tabique con aberturas.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 109
Para sistemas con más de dos tabiques acoplados o tabiques acoplados con columnas, el
grado de acoplamiento A se define como:
A=
∑(PowEi Li) ∑(PowEi Li) + ∑ Mowi
Donde Li es la distancia desde el baricentro geométrico de cada tabique a un punto auxiliar cualquiera, respecto del cual se calcula el momento global del sistema, ver la Figura C.3.1.
E
Pw1 oE
P w2 oE
Pw3 oE O
Mow1
Mow2 L1
Mow3 L2 L3
Figura C3.1. Determinación del grado de acoplamiento A en sistemas con más de dos tabiques acoplados o tabiques acoplados con columnas.
3.2. CONSIDERACIÓN SECCIONAL
Los tabiques sismorresistentes compuestos por almas, alas y/o elementos de bordes deberán considerarse como unidades monolíticas integradas.
C 3.2. CONSIDERACIÓN SECCIONAL En el diseño de tabiques sismorresistentes se deberán utilizar los principios aceptados de acción monolítica estructural. Las armaduras de corte y flexión deberán disponerse en cada parte de la sección transversal de acuerdo con los principios básicos establecidos. El diseñador deberá asegurar, usando un detallado apropiado, que la interacción requerida entre las componentes pueda llevarse a cabo cuando se desarrolle la sobrerresistencia flexional y la ductilidad requerida.
3.3. LIMITACIONES DIMENSIONALES
Para evitar el pandeo prematuro fuera del plano de tabiques sismorresistentes de más de dos pisos, con secciones delgadas, en la zona de potencial formación de rótulas plásticas (definida según el artículo 3.5.3.), se aplicarán las limitaciones dimensionales que a continuación se prescriben, ver la Figura 3.2.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 110
C 3.3. LIMITACIONES DIMENSIONALES
En la Parte II anterior (edición 1991), las previsiones relativas al pandeo prematuro del tabique fuera del plano, estaban basadas en conceptos del pandeo Euleriano. Investigaciones teóricas y experimentales, realizadas en Nueva Zelanda, indican que el pandeo potencial fuera del plano en la zona de rótula plástica aparece después que la zona de borde crítica se ha visto sometida a grandes deformaciones inelásticas de tracción. Cuando se revierten las acciones sísmicas, las amplias grietas formadas previamente deben cerrarse antes de que se restablezca la rigidez flexional de la sección, necesaria para la estabilidad. Como consecuencia del cierre irregular de las grietas, se ha observado en este estado, pandeo fuera del plano.
Los parámetros principales que afectan la inestabilidad del tabique bajo tales circunstancias son:
(a) Las deformaciones máximas de la armadura traccionada, medidas por la ductilidad de curvatura,
(b) El espesor del tabique en la zona de borde crítica,
(c) La disposición de la armadura vertical (en una, dos, o más capas),
(d) La cantidad de armadura vertical en la zona de borde. A medida que la cuantía ρl aumenta, se demora el cierre de las grietas formadas previamente,
(e) La probable longitud de pandeo.
Aunque la relación entre estos parámetros es relativamente simple, las expresiones derivadas de principios fundamentales no conducen a una fácil aplicación para el diseño de rutina. Por ello, las expresiones que figuran en las prescripciones, contienen una serie de simplificaciones que permiten incorporarlas en el proceso de diseño sin pérdida sensible de exactitud.
3.3.1. Cuando se utilicen dos o más capas de armaduras longitudinales, con al menos una capa ubicada cerca de cada una de las caras del tabique sismorresistente, el espesor b de los elementos de borde de la sección del tabique, deberá extenderse al menos la altura total del primer piso y no deberá ser menor que el siguiente valor:
Siendo:
bcr
=
7
kcr (Ar + 2 1700 √ξ
)
Lw
[3 - 2]
ξ = 0,30 -
ρl fy 2,50 f´c
≥ 0,10
[3 - 3]
Donde la cuantía de la armadura vertical ρl deberá tomarse del elemento de borde solamente, y kcr = 1,00 a menos que pueda demostrarse que para tabiques
sismorresistentes largos:
kcr =
Ln ( 0,25 + 0,055 Ar ) Lw
<
1,00
[3 - 4]
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 111
C 3.3.1. Para prevenir el pandeo lateral, el espesor de la zona de borde de la sección del tabique, no puede ser menor que bcr dado por la expresión [3-2], la que es aplicable sólo a tabiques con altura superior a dos pisos.
En la primera etapa del diseño, cuando aún no se establecen las armaduras longitudinales a disponer, y se necesita estimar la estabilidad lateral del tabique en el borde comprimido, en la expresión [3-2] es útil adoptar un valor ξ = 0,20 , promedio de los posibles valores. Suposición que deberá verificarse luego de establecer las armaduras reales a disponer.
Las demandas de ductilidad de curvatura y, por lo tanto, las máximas deformaciones de tracción, se estiman con la relación de aspecto Ar = hw⁄Lw del tabique. El parámetro ξ dado por la expresión [3-3], mide el efecto que tiene la cantidad de armadura vertical traccionada en la zona de borde de la sección transversal del tabique, en restringir el cierre de las grietas cuando el momento se revierte. Cuando la zona de borde está fuertemente armada, de manera que ρl (fy⁄f´c) ≥ 0,50 , la inestabilidad se vuelve insensible a la cantidad de armadura y, para estos casos, puede tomarse ξ = 0,10. En la mayoría de los casos, para tabiques sismorresistentes rectangulares, los requerimientos de corte controlarán el espesor del tabique, y no serán necesarios elementos de borde.
Cuando la longitud de pandeo, que se supone igual a la longitud teórica de la rótula plástica se acerca o supera la altura no soportada del tabique en el primer piso, la limitación dada por la expresión [3-2] se vuelve muy severa. En tales casos, que se encuentran cuando la longitud del tabique relativa a la altura del primer piso es grande, se supone que la longitud de pandeo es igual al 80% de la altura libre no soportada del tabique. Esto se tiene en cuenta en la expresión [3-4].
En la expresión [3-3], ρl debe computarse sólo para la armadura vertical en la zona de borde del tabique.
3.3.2. En tabiques sismorresistentes donde se use sólo una capa de armadura no deberá utilizarse un factor de reducción R mayor que 4 (R ≤ 4,0). El espesor b de los elementos de borde de la sección del tabique, deberá extenderse al menos la altura total del primer piso y no deberá ser menor que 1,25 veces el requerido de la expresión [3-2].
C 3.3.2. Como consecuencia de que las zonas extremas de tabiques con sólo una capa de armadura no pueden confinarse, y no puede prevenirse el pandeo lateral de las barras después de la pérdida del recubrimiento, sólo podrá asignársele a estos tabiques una capacidad limitada de ductilidad.
Cuando se aplica el criterio del artículo 3.3.1. a tabiques con sólo una capa de armadura, al menos se requiere un 25% de incremento en el espesor del tabique para prevenir la inestabilidad debida al pandeo fuera del plano. Cuando se desarrollen grandes ductilidades, se necesitará espesores mayores o iguales que 200 mm, para lo cual el artículo 3.5.4.(c) requiere que se dispongan dos capas de armadura.
3.3.3. Cuando bcr, según los artículos 3.3.1. o 3.3.2., sea mayor que el espesor bw del alma del tabique (bcr > bw), se deberá proveer un elemento de borde con área Awb tal que:
b2cr ≤
Awb
≥
bcr Lw 10
[3 - 5]
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 112
C 3.3.3. Cuando los criterios de estabilidad controlan la geometría de la sección del tabique, será necesario ensanchar el tabique en las zonas de borde. Esto se logra proveyendo elementos de borde con dimensiones suficientes de manera de brindar una adecuada rigidez flexional en los extremos de la sección del tabique. La expresión [3-5] especifica las dimensiones mínimas de tales elementos, y la Figura 3.2. resume las aplicaciones posibles.
3.3.4. La relación entre el espesor del tabique sismorresistente en los bordes extremos y la altura libre del piso Ln, deberá satisfacer la condición siguiente:
b Ln
≥ 0,06 ≤
b1 Ln
[3 - 6]
C 3.3.4. En el caso de tabiques con relaciones de aspecto pequeñas y bajas demandas de ductilidad, los criterios de estabilidad no serán críticos. En tales casos, lo especificado en el artículo 3.3.1. puede conducir a secciones excesivamente delgadas.
Con lo especificado en el artículo 3.3.4. se asegura que la relación entre el espesor del tabique y la altura libre en zonas de formación potencial de rótula plástica, sea al menos 1/16.
3.3.5. Las alas de tabiques sismorresistentes con longitudes mayores que 3 veces su espesor y que cumplan con el artículo 3.3.3., deberán satisfacer lo establecido en artículo 3.3.4.
C 3.3.5. El área de un ala que intenta estabilizar el extremo de un tabique, debe determinarse por la expresión [3-5]. Para prevenir el pandeo fuera del plano de alas anchas y delgadas, deberá cumplirse con lo especificado en el artículo 3.3.4. Si la cuantía de la armadura en el ala es grande y el ancho del ala es mayor que tres veces su espesor, la expresión [3-2] controlará el espesor del ala.
Lw
b
Awb
b1
bw
b
Awb
b ≥ bw b ≥ bcr
(art. 3.3.1 ó 3.3.2.)
b1
≥
bcr Lw 10 b
b1
≥
b2cr b
b1
(art. 3.3.3.) (art. 3.3.3.)
b ≥ 0,06 Ln
(art. 3.3.4.)
b1 ≥ 0,06 Ln
(art. 3.3.4.)
Figura 3.2. Dimensiones mínimas de los elementos de borde en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 113
3.4. RIGIDEZ
Para la estimación de las rigideces deberán tenerse en cuenta los efectos del agrietamiento.
3.4.1. Rigidez efectiva de tabiques
Para tabiques sismorresistentes el valor de la rigidez efectiva de la sección, que deberá tener en cuenta los efectos del agrietamiento, podrá obtenerse a través de un análisis seccional, teniendo en cuenta la resistencia nominal y la deformación de fluencia, o bien de acuerdo con la Tabla 3.1. Los valores intermedios podrán interpolarse linealmente, y Pu deberá tomarse con signo negativo para tracción.
Tabla 3.1. Momento de inercia efectivo de la sección de tabiques
Nivel de esfuerzo axial
(a) Pu ⁄ ( f´c Ag ) ≥ 0,20 (b) Pu ⁄ ( f´c Ag ) = 0,00 (c) Pu ⁄ ( f´c Ag ) ≤ - 0,10
Momentos de Inercia efectivos de la sección (Ie) 0,45 Ig
0,25 Ig
0,15 Ig
3.4.2. Rigidez efectiva de vigas de acoplamiento
Para la determinación de la rigidez de vigas de acoplamiento, deberá considerarse un momento de inercia efectivo Ie según la Tabla 3.2., que incluye las deformaciones por corte y la penetración de las deformaciones inelásticas de las barras longitudinales de las vigas en los tabiques sismorresistentes.
Tabla 3.2. Momento de inercia efectivo de la sección de vigas de acoplamiento
Disposición de armadura
Ln⁄hb
1
1,5
2
3
4
(a) Con armadura convencional (longitudinal y transversal)
0,05 Ig 0,08 Ig 0,10 Ig 0,14 Ig 0,165 Ig
(b) Con armadura diagonal
0,10 Ig 0,16 Ig 0,20 Ig 0,28 Ig 0,33 Ig
C 3.4. RIGIDEZ
Para obtener predicciones reales de las deformaciones y de las solicitaciones internas en estructuras estáticamente indeterminadas, y para estimar el periodo de vibración, deben tenerse en cuenta los efectos del agrietamiento en la determinación de la rigidez de los componentes. Aunque los efectos de agrietamiento en la rigidez flexional, varían a lo largo
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 114
del componente de acuerdo con las características del diagrama de momentos, pueden adoptarse valores promedio de las propiedades efectivas de las secciones. Estos valores promedios deberán aplicarse a todas las secciones de los componentes prismáticos. Los valores recomendados se muestran en las Tablas 3.1. y 3.2.
3.5. DISEÑO A FLEXIÓN Y ESFUERZO AXIAL
El diseño a flexión y esfuerzo axial de tabiques deberá determinarse para la resistencia requerida a flexión Mu y el esfuerzo axial requerido Pu según el artículo 3.5.1. El factor de reducción de resistencia deberá determinarse según lo indicado en el artículo 3.5.1., y la resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial deberá determinarse según el artículo 3.5.2.
3.5.1. Resistencia requerida a flexión - Mu - y esfuerzo axial requerido - Pu -
3.5.1.1. Solicitaciones en la sección crítica de formación potencial de rótula plástica
Las solicitaciones últimas en la sección crítica de formación potencial de rótula plástica de un tabique sismorresistente ( Mu y Pu ) se obtendrán a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., y se utilizarán en conjunto con los factores de reducción de resistencia ( ) dados en el artículo 1.5.1.2.
La sección crítica de formación potencial de rótula plástica es la de mayor resistencia requerida a flexión (Mu), usualmente situada en la base de los tabiques sismorresistentes. En estructuras con basamento o subsuelo rígido, la sección crítica se ubica en el borde superior del basamento o subsuelo.
C 3.5.1.1. Solicitaciones en la sección crítica de formación potencial de rótula plástica De acuerdo con los principios del diseño por capacidad, el momento y el esfuerzo axial requerido en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, debe provenir de las combinaciones de estados de carga, y utilizarse con el correspondiente factor de reducción de resistencia. En edificios con basamento o subsuelo, de gran rigidez, la sección crítica de formación potencial de rótula plástica en los tabiques sismorresistentes se ubica en el borde superior del basamento o subsuelo, ver la Figura C3.2.
Figura C3.2. Sección crítica en tabiques sismorresistentes.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 115
3.5.1.2. Redistribución de momentos
Se podrán redistribuir las fuerzas sísmicas horizontales y los correspondientes momentos, entre tabiques sismorresistentes, siempre que la fuerza sísmica horizontal en cualquier tabique, no se reduzca en más de un 30%, y se mantenga el equilibrio de la estructura.
C 3.5.1.2. Redistribución de momentos Los principios y las razones para la redistribución de momentos entre tabiques sismorresistentes con ductilidad completa, son los mismos que los correspondientes a pórticos sismorresistentes con ductilidad completa.
3.5.2. Resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial
3.5.2.1. Hipótesis de diseño
La resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial de las secciones transversales de tabiques, deberá basarse en lo establecido en el artículo 10.2. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
3.5.2.2. Ancho efectivo de las alas
El ancho efectivo de las alas de un tabique sismorresistente, deberá tomarse igual a:
(a) Para alas traccionadas:
bet = hw + bw ≤ bf
[3 - 7]
(b) Para alas comprimidas: bec = 0,30 hw + bw ≤ bf
[3 - 8]
C 3.5.2.2. Ancho efectivo de las alas
Como en el caso de vigas, también es necesario determinar la sobrerresistencia flexional de la sección crítica de tabiques sismorresistentes. En tabiques con alas, la sobrerresistencia está controlada principalmente por la cantidad de armadura traccionada que se movilizará durante un gran desplazamiento inelástico. Por lo tanto, es necesario estimar el ancho efectivo en tracción. El ancho efectivo en compresión no tiene una influencia importante en la estimación de la sobrerresistencia flexional. La expresión [3-7] se basa en la suposición que los esfuerzos verticales debidos a las tensiones de corte introducidas por el alma del tabique en el ala traccionada, se difunden con una pendiente 1:2 (26,6º), ver la Figura C3.3.
Aunque la resistencia a flexión de secciones de tabiques con el ala en compresión es insensible con relación al ancho efectivo supuesto, debe tenerse presente que, después de importantes incursiones por tracción en fluencia, el área de contacto en compresión se vuelve más bien pequeña, con las barras exteriores hacia los extremos del ala todavía con deformaciones de tracción. Por ello, se supone que el ancho efectivo en compresión viene dado por la expresión [3-8].
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 116
Grietas diagonales
+ bw 0,3 h w bw
Lw
hw 26,6
Grietas de tracción
+ bw hw bf
Figura C3.3. Estimación del ancho efectivo de alas en tabiques sismorresistentes.
3.5.3. Longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica
La altura de la zona de formación potencial de rótula plástica, medida desde la sección crítica, se extiende una longitud igual a la mayor entre la longitud del tabique (Lw), y 1⁄6 de la altura total del tabique (hw⁄6) pero no mayor que 2 Lw. Si la sección crítica se ubica por encima de la base del tabique, la altura de la zona de formación potencial de rótula plástica se extiende la longitud mencionada anteriormente hacia ambos lados de la sección crítica.
3.5.4. Armadura longitudinal
(a) Cuantía máxima de la armadura longitudinal: En cualquier parte de la sección de un tabique sismorresistente, tanto en la zona de formación potencial de rótula plástica como fuera de la misma, la cuantía de la armadura longitudinal l deberá cumplir con:
l
=
∑ Ab bi sv
≤
16 fy
[3 - 9]
Donde ∑ Ab es la suma de las áreas de las barras longitudinales del sector considerado del tabique, la sumatoria se extiende sobre las barras longitudinales comprendidas
dentro del área bi sv.
Cuando sea inevitable la utilización de empalmes por yuxtaposición en los elementos de
borde, la cuantía de la armadura longitudinal, incluyendo el área de los empalmes no deberá exceder 21⁄fy.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 117
(b) Cuantía mínima de la armadura longitudinal:
(i) En los sectores extremos de la sección transversal de un tabique sismorresistente,
en una distancia igual a 0,15 veces de la longitud del tabique Lw (ver la Figura 3.3.), en la zona de formación potencial de rótula plástica, la cuantía de la armadura longitudinal le deberá cumplir con:
le
=
∑ Ab bi sv
≥
√f´c 2,6 fy
[3 - 10]
b
b
b1
b1 0,15 Lw
0,15 Lw
0,15 b
0,15 b 0,15 b
0,15 Lw
Lw
bw
bw
0,15 Lw
0,15 Lw
0,15 Lw
bw
b
b
bw
bw
Figura 3.3. Definición de los sectores extremos de la sección transversal de un tabique sismorresistente, en la zona de formación potencial de rótula plástica.
(ii) En el sector central de la sección transversal de un tabique sismorresistente, fuera
de los sectores extremos definidos en el artículo 3.5.4.(b)(i), en la zona de formación potencial de rótula plástica, la cuantía de la armadura longitudinal l deberá cumplir simultáneamente con las siguientes expresiones:
l
=
∑ Ab bi sv
≥
√f´c 5,2 fy
l ≥ 0,3 le
[3 - 11] [3 - 12]
(iii) En cualquier sector de la sección transversal de un tabique sismorresistente, fuera de la zona de formación potencial de rótula plástica, la cuantía de la armadura longitudinal l deberá cumplir con la expresión [3-11].
C 3.5.4.(b) Cuantía mínima de la armadura longitudinal:
Se requiere una cantidad mínima de armadura longitudinal traccionada para evitar una falla frágil al comienzo del agrietamiento. Para obtener fisuras flexionales adecuadamente distribuidas en la zona de formación potencial de rótula plástica de tabiques sismorresistentes,
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 118
es necesario disponer armadura longitudinal mínima adicional en los sectores extremos de la sección transversal.
(c) Cantidad de capas: En tabiques sismorresistentes con espesores superiores o iguales a 200 mm, deberán utilizarse al menos dos capas de armaduras longitudinales, con al menos una capa ubicada cerca de cada una de las caras del tabique.
(d) Diámetro máximo de la armadura longitudinal: El diámetro máximo de las barras verticales en cualquier zona del tabique sismorresistente no podrá ser mayor que el 10% del espesor del tabique en la zona en que se ubica la barra.
3.5.5. Interrupción en altura de la armadura longitudinal
La armadura longitudinal podrá interrumpirse en altura, cubriendo al menos un diagrama envolvente dado por una variación lineal de la resistencia nominal a flexión en la sección crítica, teniendo en cuenta el esfuerzo axial correspondiente, con un corrimiento vertical igual a Lw . Las barras longitudinales deberán prolongarse desde la sección donde se requiere que desarrollen su resistencia una longitud al menos igual a ld, ver la Figura 3.4.
resistencia a flexión con armadura mínima
n
resistencia requerida
n- 1
a flexión
n- 2
.
diagrama de momento flector
.
.
variación supuesta
.
de momento
.
3
Lw
2
1
M w s. crítica n
Lw
Figura 3.4. Envolvente de la resistencia requerida a flexión para tabiques en voladizo.
C 3.5.5. Interrupción en altura de la armadura longitudinal
Si la armadura vertical se interrumpiera exactamente siguiendo el diagrama de momentos que se obtiene de las fuerzas sísmicas horizontales especificadas, podrían formarse
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 119
entonces rótulas plásticas con igual probabilidad en cualquier lugar a lo largo de la altura del tabique durante un terremoto severo. Esto sería indeseable desde el punto de vista del diseño porque las rótulas plásticas requieren un detallado especial y necesariamente más oneroso. Por otro lado, si se formaran las rótulas plásticas a cierta altura por encima de la base del tabique, aumenta fuertemente la ductilidad de curvatura demandada para obtener una misma ductilidad de desplazamiento. Más aún, como en el caso de vigas, la resistencia al corte de tabiques de hormigón armado disminuye en las zonas donde la armadura flexional entra en fluencia. Esto necesitaría armadura de corte adicional en todos los niveles. Es más racional asegurar que una rótula plástica pueda desarrollarse sólo en una ubicación predeterminada, lógicamente ésta sería en la base del tabique, proveyendo resistencia flexional en el resto del tabique en exceso de las máximas demandas probables.
Cuando debido al diseño de la construcción, sólo sea posible la formación de una rótula plástica en un nivel superior respecto a la base, por ejemplo, edificios con basamento rígido, se deberá considerar el aumento de la ductilidad de curvatura para la misma ductilidad de desplazamiento. En consecuencia, se deberá disminuir el factor de reducción global R de la acción sísmica horizontal.
Las envolventes de momentos de la respuesta dinámica, elástica e inelástica, de tabiques sismorresistentes sometidos a terremotos severos, muestran una variación aproximadamente lineal de las demandas de momentos. Como consecuencia se ha estipulado que la armadura flexional en tabiques sismorresistentes en voladizo se interrumpa de modo tal de dar una variación lineal de la resistencia a momentos con la altura no menor que la demanda de momento. Esta variación lineal se obtiene a partir del momento nominal en la sección crítica del tabique y momento igual a cero en la parte superior del mismo, como se indica con la línea de trazos en la Figura 3.4.
Cuando se interrumpe la armadura vertical, debe considerarse también el fenómeno de corrimiento de la tracción. De acuerdo con ello, este corrimiento se supone igual a la longitud del tabique Lw. Por lo tanto, las barras a interrumpir deben extenderse una distancia no menor que la longitud de anclaje ld, por encima del nivel en el cual se requieren para que desarrollen su tensión de fluencia, ver la Figura 3.4.
La demanda de armadura flexional en un tabique en voladizo, no es proporcional a la demanda de momento, como la suministrada por la envolvente lineal descripta, por la presencia de compresión axial. Si la cantidad de armadura vertical se mantuviera constante con la altura, la resistencia a flexión de la sección se reduciría con la altura, porque la compresión axial disminuye. Para la interrupción en altura de la armadura longitudinal en tabiques en voladizo, se considera aceptable utilizar los esfuerzos axiales Pu que se obtienen a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3.
Los tabiques sismorresistentes en voladizo están normalmente sometidos a compresiones axiales bien por debajo del nivel correspondiente a la carga balanceada, en este campo la sección es sensible a la intensidad de la compresión axial. Este aspecto rara vez es crítico, pero igual se justifica ser conservador con la interrupción de la armadura vertical.
3.5.6. Armadura transversal
3.5.6.1. Armadura transversal mínima
Deberán cumplirse los requerimientos de armadura mínima según lo especificado en el artículo 14.3. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 120
3.5.6.2. Control del pandeo de las barras longitudinales
En tabiques sismorresistentes con armadura en dos capas y con cuantía de armadura longitudinal l mayor que 2⁄fy , deberá proveerse armadura transversal para prevenir el pandeo de las barras longitudinales.
(a) Armadura en zona de formación potencial de rótula plástica:
La armadura transversal a disponer en la zona de formación potencial de rótula plástica, definida según el artículo 3.5.3., para prevenir el pandeo de las barras longitudinales, ver la Figura 3.5., deberá cumplir:
Cada barra longitudinal o conjunto de barras ubicadas en las proximidades de las caras del tabique sismorresistente, deberá estar restringida lateralmente por un codo a 90° de un estribo cerrado o por un gancho de al menos 135° de un estribo cerrado o de una rama. Se exceptúan las barras intermedias que estén ubicadas entre dos o más barras restringidas por el mismo estribo cerrado y que no disten entre sí más de 200 mm, y las barras que disten más de 75 mm de las barras próximas a las caras del tabique.
El área de una rama de un estribo Ate en la dirección del pandeo potencial de la barra longitudinal, deberá cumplir con lo especificado en el artículo 2.2.6.(b).
La separación de estribos a lo largo de las barras longitudinales, no deberá ser mayor que 6 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (6 db).
≤ 200
Estribo Cerrado
> 200
≤ 200
> 75 mm
Ab sv b1
No se necesita armadura transversal
l ≤
2 fy
No se necesita armadura transversal
Figura 3.5. Armadura transversal en zona de formación potencial de rótula plástica.
(b) Armadura fuera de la zona de formación potencial de rótula plástica:
La armadura transversal a disponer fuera de la zona de formación potencial de rótula plástica, definida según el artículo 3.5.3., para prevenir el pandeo de las barras longitudinales deberá cumplir:
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 121
El diámetro del estribo no deberá ser menor que 1⁄4 del diámetro de la barra longitudinal que restringe (db⁄4).
La separación de estribos a lo largo de las barras longitudinales, no deberá ser mayor que 12 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (12 db).
C 3.5.6.2. Control del pandeo de las barras longitudinales
Se intenta asegurar que la armadura longitudinal principal, usualmente dispuesta cerca de los bordes del tabique, tenga un apoyo lateral adecuado, teniendo en cuenta el efecto Baüschinger, que posibilite su incursión en compresión en el campo plástico. Los requerimientos se extienden a aquellas zonas ubicadas horizontalmente o verticalmente, donde la armadura longitudinal pueda entrar en fluencia. En la mayoría de los tabiques, cada barra vertical debe suponerse que está sometida a fluencia alternada en tracción y compresión. La extensión vertical de la fluencia potencial se define en el artículo 3.5.3.
Se exceptúan de estos requerimientos, los tabiques con una sola capa de armadura, o aquéllos que en la zona crítica de compresión flexional tengan una cuantía de la armadura vertical inferior a 2⁄fy. En estos casos no se espera que la armadura longitudinal entre en fluencia. Más aún, tampoco se espera que se pierda el recubrimiento.
Los requerimientos de detallado para la disposición de los estribos, el área de las ramas, y la separación, son similares a los establecidos para las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en vigas. La interpretación de estos requerimientos, se ilustra en la Figura 3.5., que muestra una pequeña ala y un elemento de borde típico, que contiene el grueso de la armadura flexional longitudinal para un tabique.
3.5.6.3. Confinamiento de la zona comprimida
(i) En la zona de formación potencial de rótula plástica, definida según el artículo 3.5.3., se deberá confinar el hormigón cuando la profundidad del eje neutro c sea superior a:
siendo:
cc = 0,05 ϕwo Lw
ϕow =
Mow MEw
=
λo Mnw s. crítica MEw
[3 - 13] [3 - 14]
Cuando c supere el 80% del límite dado por la expresión [3-13], deberán disponerse al menos dos capas de armadura longitudinal.
(ii) La extensión horizontal de la zona a confinar deberá tener una longitud igual a la profundidad del eje neutro c.
(iii) Deberá disponerse armadura transversal para confinamiento en cada una de las dos direcciones ortogonales de la sección a confinar, tal que:
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 122
Ash =
0,25
sh
h''
A*g A*c
f´c fyt
(
c Lw
- 0,07 )
[3 - 15]
(iv) La separación de los estribos a lo largo de las barras longitudinales no deberá ser
mayor que 6 veces el diámetro de la barra longitudinal (6 db), 1/2 del espesor de la pared en la zona confinada, o 150 mm.
Las prescripciones contenidas en los artículos 3.5.6.2. y 3.5.6.3. se ilustran en la Figura 3.6.
zona de confinamiento del hormigón
zona de confinamiento del hormigón
c > cc
armadura vertical
con l ≤
2. fy
estribos transversales
armadura transversal para absorber corte o
armadura mínima
c ≤ cc
armadura vertical
con l >
2. fy
dirección del sismo
(a)
bw h''
no se necesita confinamiento del hormigón
diagramas de deformación
Zona confinada con
estribos según c
expresión [3-1 5]
h''
l >
2 fy
l ≤
2 fy
Ate
según exp. [2.2-1 6]
Armadura horizontal de corte
(b)
Figura 3.6. Zonas de armadura transversal de acuerdo con el artículo 3.5.6.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 123
C 3.5.6.3. Confinamiento de la zona comprimida
Se requiere confinar al hormigón comprimido, sólo si la deformación de compresión se espera que sea excesiva. Por lo tanto, estos requerimientos son dependientes de la profundidad crítica del eje neutro cc definida en la expresión [3-12]. El factor de sobrerresistencia flexional ow reconoce que cuando se ha provisto resistencia flexional en exceso, la demanda de ductilidad de curvatura es probable que se reduzca y por lo tanto puede aceptarse una profundidad mayor del eje neutro. Un caso similar se produce cuando se tiene una reducida capacidad de ductilidad. En la mayoría de los tabiques la profundidad del eje neutro c será menor que la crítica y por lo tanto no se requerirá confinamiento.
Cuando la sección crítica de formación potencial de rótula plástica se ubique por encima de la base del tabique, los requerimientos de confinamiento se deberán extenden a ambos lados de la sección crítica en la longitud especificada en el artículo 3.5.3.
La armadura transversal de confinamiento según la expresión [3-15] debe distribuirse en una extensión horizontal de longitud igual a la profundidad del eje neutro c.
La Figura 3.6.(a). ilustra la definición de las zonas de un tabique donde se requiere armadura transversal para confinar el hormigón comprimido, y otras zonas donde sólo debe asegurarse la estabilidad de las barras verticales. La armadura transversal deberá disponerse en una altura medida desde la sección crítica no menor que la definida en el artículo 3.5.3.
Detalles típicos de los estribos usados para confinar el hormigón comprimido o para estabilizar las barras en compresión, y el anclaje de la armadura de corte horizontal en la zona extrema de la sección de un tabique, se muestran en la Figura 3.6.(b).
Fuera de la zona de formación potencial de rótula plástica en un tabique en voladizo, no se necesitan los requerimientos especiales de detallado siempre que se asegure que no entre en fluencia la armadura longitudinal. Esto puede lograrse si la armadura flexional se interrumpe de acuerdo con la envolvente lineal establecida en el artículo 3.5.5.
3.6. DISEÑO A CORTE
El diseño a corte de tabiques deberá responder a la siguiente expresión:
Vd = Vn ≥ Vu
[3 - 16]
Donde el factor de reducción de resistencia deberá determinarse según el artículo 3.6.1., la resistencia nominal a corte Vn deberá determinarse según el artículo 3.6.3., y la resistencia requerida a corte Vu deberá determinarse según el artículo 3.6.1.
3.6.1. Resistencia requerida a corte - Vu -
3.6.1.1. El esfuerzo de corte último (Vu) en el nivel i, para tabiques sismorresistentes en voladizo, deberá evaluarse según la siguiente expresión:
Vui = ωv wo VEi
≤
R 1,5
VEi
[3 - 17]
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 124
Donde el factor de sobrerresistencia flexional ϕow es definido según la expresión [3-14], y el factor de amplificación dinámica ωv deberá tomarse como:
(a) Cuando se utilicen análisis estáticos: (i) para edificios de hasta 6 pisos: (ii) para edificios mayores que 6 pisos:
ωv
=
0,90 +
n 10
ωv
=
1,30 +
n 30
≤ 1,80
[3 - 18] [3 - 19]
(b) Cuando se utilicen análisis dinámicos:
ωv = 1,00
[3 - 20]
El esfuerzo de corte último (ωv ϕwo VEi) se utilizará en conjunto con un factor de reducción
de resistencia ϕ=1,00. Cuando el esfuerzo de corte último se adopte como el límite de la respuesta esencialmente elástica de la estructura (R⁄1,5 VEi), se utilizará en conjunto con el factor de reducción de resistencia ( ) definido según el artículo 1.5.1.2. para corte.
C 3.6.1.1. El diseño por capacidad aplicado a estructuras constituidas por tabiques sismorresistentes de hormigón armado, se relaciona principalmente con la estimación de los máximos esfuerzos de corte que podrían generarse cuando el mecanismo de colapso elegido esté desarrollando la sobrerresistencia flexional.
Los esfuerzos de corte inducidos durante la respuesta dinámica de tabiques en voladizo pueden ser considerablemente mayores que los valores obtenidos de la aplicación de las fuerzas sísmicas horizontales, aun cuando se escalen al que correspondería al desarrollo de la sobrerresistencia flexional en la rótula plástica, generalmente en la base. Esfuerzos de
corte mayores se generan debido a los modos superiores de vibración en la altura del
tabique por encima de la rótula plástica en la zona crítica, zona que se intenta permanezca elástica. Por lo tanto, el esfuerzo de corte último (Vu) viene dado por Vui = ωv wo VEi.
Algunos tabiques, particularmente en edificios bajos o de mediana altura, pueden tener una
resistencia flexional inherente bien en exceso de la requerida, aún con la mínima cuantía de
la armadura longitudinal. En estos tabiques, las demandas de ductilidad son muy pequeñas
o nulas y, por lo tanto, responderán dentro del campo elástico. Por esta razón el esfuerzo de
corte último (R⁄1,5 VEi).
(Vu)
se
limita
al
valor
correspondiente
a
la
respuesta
esencialmente
elástica
3.6.1.2. Para el caso de tabiques acoplados el esfuerzo de corte último ( Vu ) deberá determinarse de acuerdo con el artículo 3.8.2.3.
3.6.2. Máxima resistencia requerida a corte Vu
(a) En la zona de formación potencial de rótula plástica, definida según el artículo 3.5.3., la resistencia requerida a corte (Vu) no deberá exceder:
Vu
≤
(
ϕwo 6
+
0,15 ) √f´c
(0,80
bw
Lw)
[3 - 21]
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 125
(b) Fuera de la zona de formación potencial de rótula plástica, la resistencia requerida a corte (Vu) no deberá exceder el menor de los siguientes valores:
Vu ≤ 0,20 f´c (0,80 bw Lw)
[3 - 22.a]
Vu ≤ 1,10 √f´c (0,80 bw Lw)
[3 - 22.b]
Vu ≤ 9 MPa (0,80 bw Lw)
[3 - 22.c]
C 3.6.2. Máxima resistencia requerida a corte Vu
Los ensayos demuestran que el aplastamiento del hormigón del alma en la zona de rótula
plástica, en la zona crítica de tabiques en voladizo, puede ocurrir después de sólo unos
pocos ciclos de carga reversible con ductilidades de desplazamiento de cuatro o más. El
aplastamiento prematuro del hormigón del alma puede esperarse cuando, debido a grandes
demandas de ductilidad de curvatura en la zona de rótula plástica, el hormigón que soporta
tensiones de compresión diagonal, también está sometido a grandes deformaciones
transversales de tracción. Para prevenir el aplastamiento del hormigón del alma, la expresión
[3-21] hace depender a la flexional en exceso provista
máxima resistencia requerida a corte medida por el factor de sobrerresistencia
( Vu ) de flexional
la resistencia ϕow.
3.6.3. Resistencia nominal a corte - Vn La resistencia nominal a corte Vn deberá determinarse según la siguiente expresión:
Vn = Vc + Vs
[3 - 23]
Donde la resistencia proporcionada por el hormigón Vc deberá determinarse según el artículo 3.6.3.1., y la resistencia proporcionada por la armadura de corte Vs deberá determinarse según el artículo 3.6.3.2.
3.6.3.1. Resistencia proporcionada por el hormigón - Vc -
La resistencia nominal a corte proporcionada por el hormigón Vc deberá determinarse según la siguiente expresión:
v Vc = c Acv
[3 - 24]
Donde el área efectiva de corte Acv deberá determinarse según la siguiente expresión:
Acv = 0,80 bw Lw
[3 - 25]
La tensión nominal de corte provista por el hormigón vc, deberá tomarse como:
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 126
(a)
hEonrmtaigbóiqnueaslasriesmsisotrerensciisateanl tceosrtesovmc eetnidolaszaonuandeesfofurmerazcoióanxpiaoltPenuc, ialal
contribución del de rótula plástica
definida en el artículo 3.5.3., deberá tomarse como:
vc
=
0,067 √f´c
+
Pu 4 Ag
≥
0
Donde Pu deberá tomarse negativo cuando sea de tracción.
[3 - 26]
(b) En las secciones de tabiques sismorresistentes donde no se espere la formación de
rótula plástica, la contribución del hormigón a la resistencia al corte vc deberá tomarse
como el menor de los valores siguientes:
vc
=
0,27 √f´c
+
Pu 4 Ag
≥
0
[3 - 27]
vc
=
0,05 √f´c +
Lw (0,10 √f´c + 0,20 APug)
Mu Vu
-
Lw 2
≥0
[3 - 28]
Donde Pu deberá tomarse negativo cuando sea de tracción, y cuando (Mu⁄Vu - Lw⁄2) sea cero o negativo, no deberá aplicarse la expresión [3-28].
(c) En las secciones ubicadas entre la sección crítica del tabique y la menor distancia entre
Lw⁄2 o hw⁄2, la contribución del hormigón vc deberá ser la calculada a la distancia
Lw⁄2 o hw⁄2, según corresponda.
C 3.6.3.1. Resistencia proporcionada por el hormigón - Vc En la determinación del área efectiva de corte Acv, para evitar evaluar la altura útil d en secciones transversales de tabiques se acepta suponer d = 0,80 Lw.
La contribución del hormigón vc a la resistencia al corte en la zona de formación potencial
de rótula plástica para tabiques sismorresistentes, dada por la expresión [3-26], se admite aún para cargas de compresión muy pequeñas, lo que se encuentra comprobado por ensayos.
A causa de la distribución de la armadura vertical en todo el ancho del tabique, se espera un mejor control de las grietas diagonales que en el caso de vigas.
Fuera de la zona de formación potencial de rótula plástica, la contribución del hormigón viene dada por las expresiones [3-27] y [3-28].
Para la determinación de la resistencia nominal a corte proporcionada por el hormigón (Vc) en tabiques en voladizo, se considera aceptable utilizar los esfuerzos axiales Pu que se obtienen a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 127
3.6.3.2. Resistencia proporcionada por la armadura - Vs La resistencia nominal a corte proporcionada por armadura de corte horizontal deberá determinarse según la siguiente expresión:
Vs
=
Avh
fyt 0,80 sh
Lw
[3 - 29]
Donde Avh es el área total de estribos de corte en una capa horizontal, y sh es la separación entre capas de estribos.
3.6.4. Armadura de corte
3.6.4.1. Armadura horizontal de corte
(i) La sección de armadura horizontal de corte Avh no deberá ser menor que:
Avh ≥
0,70 bw sh fyt
[3 - 30]
(ii) La separación de la armadura horizontal de corte sh, no deberá ser mayor que: Lw⁄5; 3 bw; o 450 mm.
(iii) La armadura horizontal deberá estar adecuadamente anclada en los extremos del tabique sismorresistente, o en los elementos de borde, por medio de ganchos de al menos 135° que rodeen a las barras longitudinales. Alternativamente los extremos del estribo podrán soldarse para que desarrollen la resistencia de rotura de la barra.
3.6.4.2. Armadura vertical de corte
(i) La sección de armadura vertical de corte Avv no deberá ser menor que:
Avv ≥
0,70 bw sv fy
[3 - 31]
(ii) La separación de la armadura vertical de corte sv, no deberá ser mayor que: Lw⁄3; 3 bw; o 450 mm.
(iii) Cuando sea apropiado considerar la transferencia del corte a través de un plano dado,
tal como en el caso de una grieta existente o potencial, o la interfaz entre dos
hormigones colados en tiempos diferentes, el área de armadura requerida Avf perpendicular al plano de corte deberá determinarse como:
Avf
=
(Vu - f Pu) f fy
[3 - 32]
Donde el coeficiente de fricción f deberá tomarse según lo especificado en el artículo 11.7.4.3. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 128
La armadura necesaria Avf, no deberá sumarse a la armadura vertical provista para la resistencia flexional. En el caso de secciones con alas anchas, deberá considerarse
solamente la armadura incluida en el alma.
3.7. EMPALMES Y ANCLAJES
3.7.1. Empalme de armadura longitudinal por yuxtaposición
Deberán evitarse, en la medida de lo posible, los empalmes por yuxtaposición de la armadura vertical de flexión en la zona de formación potencial de rótula plástica. En esta zona no deberá empalmarse más de 1/3 de dicha armadura en la misma sección.
C 3.7.1. Empalme de armadura longitudinal por yuxtaposición Como consecuencia de que una gran cantidad de armadura vertical pueda tener que extenderse a través de varios pisos, pueden ser inevitables algunos empalmes en la zona de formación potencial de rótula plástica. Estos empalmes deben escalonarse de manera que no más de 1/3 de la armadura se empalme en el mismo nivel, en la zona de formación potencial de rótula plástica. En cualquier otra zona donde no se espera fluencia de la armadura, no existe ninguna restricción para los empalmes.
3.7.2. Escalonamiento de empalmes de armadura longitudinal por yuxtaposición
El escalonamiento entre ejes de empalmes por yuxtaposición deberá ser no menor que la mitad de la longitud de empalme (0,5 ld). Deberán disponerse al menos estribos de una rama con separación no mayor que 10 veces el diámetro de la barra longitudinal. Los estribos deberán satisfacer los requerimientos establecidos en el artículo 2.2.10.3., ver la
Figura 3.7.
Empalmes
yuxtapuestos
db
expresióAntr [2.2-29]
Figura 3.7. Estribos requeridos en empalmes por yuxtaposición.
C 3.7.2. Escalonamiento de empalmes de armadura longitudinal por yuxtaposición
En ciertos casos, debido a que la zona de formación potencial de rótula plástica puede extenderse por varios pisos, y debido a la longitud limitada de las barras de acero y los requerimientos prácticos de la construcción, podría ser inevitable materializar ciertos empalmes por yuxtaposición dentro de la zona de formación potencial de rótula plástica. Tales empalmes deben ser escalonados, según los requerimientos de los artículos 3.7.1. y 3.7.2., ver la Figura C3.4.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 129
fuera de zona de
formación potencial
ld
de rótula plástica
X ≥ 1/2 ld ld
X X
ld
zona de formación potencial de rótula
plástica
ld
fuera de zona de formación potencial
de rótula plástica
Figura C3.4. Escalonamiento de empalmes por yuxtaposición de la armadura longitudinal de tabiques.
3.7.3. Empalmes soldados o con conectores mecánicos
En zonas de formación potencial de rótulas plásticas podrán usarse conectadores mecánicos y empalmes soldados que satisfagan los requerimientos dados en el artículo 2.2.10.2., siempre que no más de 1/2 de la armadura longitudinal se empalme en una misma sección y el escalonamiento sea no menor a 600 mm.
C 3.7.3. Empalmes soldados o con conectores mecánicos Como regla general los empalmes de cualquier tipo deben escalonarse. Sin embargo, los empalmes soldados o con conectadores mecánicos con resistencia y rigidez probada no necesitan escalonarse tan espaciadamente como el caso de empalmes por yuxtaposición. En cualquier otra zona donde no se espera fluencia de la armadura, no existe ninguna restricción para los empalmes de la armadura longitudinal.
3.7.4. Anclaje de la armadura horizontal de corte en los extremos de tabiques
En tabiques, exceptuando aquellos con una sola capa de armadura vertical, la armadura horizontal de corte deberá anclarse en los extremos del tabique según alguna de las siguientes alternativas:
(a) La armadura horizontal de corte deberá doblarse alrededor de las barras verticales ubicadas en las esquinas del tabique, formando una barra continua en forma de U.
(b) La armadura horizontal de corte deberá anclarse con un gancho de al menos 135° en la barra vertical ubicada en la esquina del tabique. Las barras verticales de esquina del
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 130
tabique, deberán conectarse transversalmente con estribos suplementarios de una rama, anclados por ganchos de al menos 135° en las barras verticales. La cuantía de los estribos suplementarios, deberá ser al menos igual que la correspondiente a la armadura horizontal de corte.
(c) La armadura horizontal de corte deberá anclarse con un gancho a 90° tan cerca como sea posible del extremo del tabique, siempre que el gancho quede comprendido dentro de un estribo cerrado horizontal que confine al menos cuatro barras verticales del extremo del tabique. Estas cuatro barras verticales comprenderán las dos barras de esquina y al menos el siguiente grupo de barras verticales a lo largo de la sección del tabique. La cuantía de los estribos cerrados horizontales del extremo del tabique, deberá ser al menos igual que la correspondiente a la armadura horizontal de corte. La distancia entre el extremo del gancho y la cara interna del estribo cerrado horizontal, no deberá ser menor que el mayor valor entre ldh y 12 db.
C 3.7.4. Anclaje de la armadura horizontal de corte en los extremos de tabiques
Los extremos de tabiques deben estar confinados localmente para permitir el desarrollo de la resistencia de la armadura horizontal de corte, y transferir los esfuerzos de las barras verticales a través de compresión diagonal.
La armadura horizontal de corte deberá anclarse en los extremos del tabique según alguna de las alternativas descriptas en el artículo 3.7.4. Podrán utilizarse barras continuas en forma de U, según el artículo 3.7.4.(a), ver la Figura C3.5.(a). Ganchos de al menos 135° con la incorporación de estribos suplementarios de una rama, según el artículo 3.7.4.(b), ver la Figura C3.5.(b). O bien, ganchos a 90° con la incorporación de estribos cerrados, según el artículo 3.7.4.(c), ver la Figura C3.5.(c).
(a)
estribo suplementario según artículo 3.7.4.(b)
(b)
X
X ≥ ldh X ≥ 12db
estribo cerrado
según artículo 3.7.4.(c)
(c)
Figura C3.5. Anclaje de la armadura horizontal de corte en los extremos de tabiques.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 131
3.7.5. Anclaje de la armadura horizontal de corte en el ala de tabiques
En la intersección entre el alma y las alas, en tabiques con sección transversal en forma de L, T, C, o H, la armadura horizontal de corte deberá anclarse según alguna de las siguientes alternativas:
(a) La armadura horizontal de corte deberá doblarse alrededor de las barras verticales ubicadas en el extremo del alma del tabique, formando una barra continua en forma de U.
(b) La armadura horizontal de corte deberá doblarse alrededor de las barras verticales ubicadas en el extremo del alma del tabique, formando una barra continua en forma de L, con la parte recta final en la cara más alejada del ala y dirigida hacia la cara opuesta del alma al que pertenece la barra a anclar (cruce de armaduras).
(c) La armadura horizontal de corte deberá anclarse con un gancho a 90° tan cerca como sea posible del extremo del alma del tabique, siempre que el gancho quede comprendido dentro de un estribo cerrado horizontal que confine al menos cuatro barras verticales del extremo del alma del tabique. Estas cuatro barras verticales comprenderán las dos barras extremas del alma del tabique y al menos el siguiente grupo de barras verticales a lo largo del alma de la sección del tabique. La cuantía de los estribos cerrados horizontales del extremo del alma del tabique, deberá ser al menos igual que la correspondiente a la armadura horizontal de corte. La distancia entre el extremo del gancho y la cara interna del estribo cerrado horizontal, no deberá ser menor que el mayor valor entre ldh y 12 db.
C 3.7.5. Anclaje de la armadura horizontal de corte en el ala de tabiques La armadura horizontal de corte deberá anclarse en la intersección entre el alma y las alas, en tabiques con sección transversal en forma de L, T, C, o H, según alguna de las alternativas descriptas en el artículo 3.7.5. Podrán utilizarse barras continuas en forma de U, según el artículo 3.7.5.(a), ver la Figura C3.6.(a). Barras continuas en forma de L, según el artículo 3.7.5.(b), ver la Figura C3.6.(b). O bien, ganchos a 90° con la incorporación de estribos cerrados, según el artículo 3.7.5.(c), ver la Figura C3.6.(c).
(a)
Figura C3.6. Anclaje de la armadura horizontal de corte en el ala de tabiques.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 132
(b)
X
X
(c)
X ≥ ldh X ≥ 12db X
X ≥ ldh X ≥ 12db
estribo cerrado según artículo
3.7.5.(c)
estribo cerrado según artículo
3.7.5.(c)
Figura C3.6. (continuación) Anclaje de la armadura horizontal de corte en el ala de tabiques.
3.7.6. Empalme de la armadura horizontal de corte
La armadura horizontal de corte deberá empalmarse con un solape de al menos la longitud de anclaje ldh, disponiendo en ambos extremos un gancho de al menos 135° rodeando las barras de la armadura vertical. Si la armadura horizontal de corte está ubicada en las capas internas de barras longitudinales, en el caso de tabiques con más de dos capas de armadura vertical, deberá empalmarse con un solape de al menos la longitud de anclaje ld, sin necesidad de ganchos extremos.
Deberán escalonarse los empalmes de la armadura horizontal de corte en altura.
C 3.7.6. Empalme de la armadura horizontal de corte
La armadura horizontal de corte deberá empalmarse con un solape de al menos la longitud de anclaje ldh, y deberán disponerse ganchos de al menos 135° rodeando las barras de la armadura vertical, ver la Figura C3.7.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 133
≥ ldh
Figura C3.7. Empalme de la armadura horizontal de corte en tabiques.
3.8. REQUERIMIENTOS ADICIONALES PARA TABIQUES SISMORRESISTENTES ACOPLADOS
3.8.1. Diseño de vigas de acoplamiento
3.8.1.1. Redistribución de esfuerzos
Se podrá redistribuir verticalmente el esfuerzo de corte (y por lo tanto el momento), proveniente de las fuerzas sísmicas horizontales, entre las vigas de acoplamiento, siempre que la reducción del corte en cualquier viga de acoplamiento no exceda el 20% del corte correspondiente que proviene del análisis elástico. Se deberá controlar que la suma de los esfuerzos de corte en todas las vigas de acoplamiento (carga axial total inducida por la acción sísmica horizontal en los tabiques) permanezca constante antes y después de la redistribución.
C 3.8.1.1. Redistribución de esfuerzos Los principios de la redistribución de solicitaciones pueden aplicarse al caso de la redistribución vertical del esfuerzo de corte en vigas de acoplamiento. Las armaduras de las vigas de acoplamiento, no deberían variarse continuamente con la altura, sino en el menor número de niveles que sea posible. Este es el objeto de la redistribución vertical del corte.
3.8.1.2. Disposición de la armadura
En vigas de acoplamiento todo el esfuerzo de corte y el momento inducidos por la acción
sísmica deberán ser resistidos por armadura diagonal en dos direcciones, a menos que se verifique la relación Ln⁄hb > 2 , o bien cuando la resistencia requerida a corte ( Vu ) correspondiente sea:
Vu
≤
0,10
Ln hb
√f´c (bw d)
[3 - 33]
en cuyo caso las vigas de acoplamiento deberán diseñarse y detallarse con armadura convencional, según lo especificado en el artículo 2.2.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 134
C 3.8.1.2. Disposición de la armadura
Las vigas de acoplamiento necesitan ser muy dúctiles para asegurar una adecuada ductilidad global de la estructura. Para controlar los desplazamientos de corte y prevenir fallas de corte por deslizamiento, tales vigas deben armarse con armadura diagonal, a menos que sean relativamente esbeltas, esto es Ln⁄hb > 2. Vigas con la misma relación entre la luz libre y la altura, pueden tener que desarrollar ductilidades considerablemente mayores en tabiques acoplados que en pórticos. Cuando la resistencia requerida a corte (Vu) es muy pequeña, o la relación Ln⁄hb es grande, como estipula la expresión [3-33], puede usarse armadura convencional para flexión y para corte, según lo especificado en el artículo 2.2. En caso contrario, deberá utilizarse armadura diagonal.
Para posibilitar que las barras diagonales, dispuestas como si fueran columnas internas en las vigas de acoplamiento, sean totalmente efectivas en compresión, deberá prevenirse el pandeo de cada barra, particularmente normal al plano de la viga.
Cuando las vigas de acoplamiento son monolíticas con la losa puede ser necesario evaluar la contribución de la armadura efectiva de la losa, ubicada paralela a los tabiques acoplados, a la sobrerresistencia que puede desarrollarse en dichas vigas.
3.8.1.3. Máxima resistencia requerida a corte Vu En vigas de acoplamiento con armadura diagonal en dos direcciones, no deberá limitarse la resistencia requerida a corte (Vu), es de aplicación lo establecido en el artículo 2.2.7.2.(b).
3.8.1.4. Diseño de la armadura en vigas de acoplamiento con armadura diagonal
Cuando la viga de acoplamiento se dimensione con armadura diagonal, la sección de armadura diagonal en cada dirección se determinará de acuerdo con:
Asd
=
2
Vu fy sen
[3 - 34]
Donde el esfuerzo de corte último (Vu) en la viga de acoplamiento se obtendrá a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., con la correspondiente redistribución según el artículo 3.8.1.1. Deberá tomarse = 0,90, y como el ángulo que forma la armadura diagonal con el eje longitudinal de la viga de acoplamiento, ver las
Figuras 3.8. y 3.9.
La armadura diagonal deberá disponerse de forma tal de materializar una biela de hormigón armado dentro de la viga de acoplamiento, con al menos cuatro barras longitudinales por cada diagonal, y deberá prevenirse el pandeo lateral de las barras componentes de acuerdo con alguna de las siguientes alternativas:
(a) Confinamiento individual de la diagonal: cada diagonal deberá estar estribada según lo establecido en el artículo 2.2.6. (a), (b), y (c), ver la Figura 3.8. Cualquiera sea el diámetro de las barras diagonales, la separación de estribos o el paso de la hélice no deberá ser mayor que 100 mm.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 135
La sección transversal de la diagonal deberá poseer un ancho no menor que bw⁄2, y una altura no menor que bw⁄5.
Deberá disponerse, además, una armadura secundaria en forma de malla, compuesta por barras horizontales y estribos. Las barras horizontales se ubicarán en las caras laterales de las vigas con separación uniforme, con una cuantía ρl no inferior a 0,70⁄fy, y deberán penetrar en el tabique una distancia no mayor que 150 mm. Los estribos se dispondrán perpendiculares al eje de la viga, también con separación uniforme y con una cuantía no inferior a 0,70⁄fy, ver la Figura 3.8.
CORTE A - A
≥ bw/2 hb
A Asd
armadura secundaria
≥ 1,5 l d
≤ 150mm
≥ bw/5
A Asd
Ln
bw
Figura 3.8. Detalle de armado de vigas de acoplamiento con confinamiento individual de la diagonal.
(b) Confinamiento general de la viga de acoplamiento: deberá confinarse la viga de acoplamiento en forma general, con armadura compuesta por barras horizontales y estribos principales y secundarios, ver la Figura 3.9.
Las barras horizontales se ubicarán en las caras laterales de las vigas con separación
uniforme, con una cuantía ρl no inferior a 2,10⁄fy, y deberán penetrar en el tabique una distancia no mayor que 150 mm.
Los estribos principales se dispondrán perpendiculares al eje de la viga, con una separación uniforme no mayor que 6 veces el diámetro de las barras diagonales, y con una cuantía no inferior a 2,10⁄fy. Los estribos secundarios se dispondrán para prevenir el pandeo lateral de las barras horizontales según el artículo 2.2.6. (a), (b), y (c), ver la
Figura 3.9.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 136
CORTE A - A
estribos principales
estribos
hb
secundarios
A Asd
barras horizontales
≥ 1,5 l d
≤ 150mm
A Asd
Ln
bw
Figura 3.9. Detalle de armado de vigas de acoplamiento con confinamiento general.
3.8.1.5. Anclaje
Las barras de la armadura principal diagonal de las vigas de acoplamiento, deberán anclarse en los tabiques sismorresistentes adyacentes una longitud no menor que 1,50 ld.
C 3.8.1.5. Anclaje
Cuando las barras diagonales de la armadura principal de vigas de acoplamiento se anclen en tabiques adyacentes, la longitud de anclaje debe aumentarse. Esto es para tener en cuenta el probable efecto adverso de la carga cíclica reversible en el anclaje de un grupo de barras y el hecho de que el hormigón en el tabique puede estar sujeto a tracción transversal a las barras ancladas.
3.8.2. Diseño de tabiques
Para el diseño de los tabiques sismorresistentes acoplados deberá aplicarse todo lo prescripto en los artículos 3.1. al 3.7. inclusive, salvo lo que expresamente se modifique en este artículo.
3.8.2.1. Esfuerzos axiales inducidos por la acción sísmica cuando se alcanza la sobrerresistencia de las vigas de acoplamiento
Los máximos esfuerzos axiales inducidos por la acción sísmica horizontal, cuando se alcanza la sobrerresistencia de las vigas de acoplamiento, en cada uno de los tabiques acoplados, deberán determinarse según:
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 137
PowE,i
= (1
-
8n0)
n
∑
Vobi
i
[3 - 35]
Donde el esfuerzo de corte de sobrerresistencia Vob de la viga de acoplamiento, deberá determinarse teniendo en cuenta las armaduras reales provistas, considerando la
sobrerresistencia (λo fy) de las armaduras principales, y la contribución de la armadura de la losa siempre que modifique los valores en más del 5%.
El número de vigas n por encima del nivel i a considerar, no deberá tomarse mayor que 20.
C 3.8.2.1. Esfuerzos axiales inducidos por la acción sísmica cuando se alcanza la sobrerresistencia de las vigas de acoplamiento
Para estructuras con varios pisos sería innecesariamente conservativo sumar todos los esfuerzos de corte correspondientes al desarrollo de la sobrerresistencia flexional de las vigas de acoplamiento por encima del nivel considerado. Por ello, se estipula el uso de la expresión entre paréntesis en la expresión [3-35].
3.8.2.2. Factor de sobrerresistencia
Para la determinación del factor de sobrerresistencia ( ow ) de sistemas de tabiques acoplados, los esfuerzos axiales deberán estimarse teniendo en cuenta sólo la carga permanente con factor de mayoración igual a 1,00 (PDw), y los establecidos en el artículo 3.8.2.1. (PowE), donde:
(a) Para el tabique traccionado o menos comprimido:
Pow1 = PDw - PowE
[3 - 36]
(b) Para el tabique comprimido:
Pow2 = PDw + PowE
[3 - 37]
wo
=
Mow1 + Mow2 + PowE LT MEw1 + MEw2 + PEw LT
[3 - 38]
Donde Mow1 y Mow2, deberán calcularse teniendo en cuenta las armaduras reales dispuestas con su sobrerresistencia (λo fy), y las cargas axiales dadas por las expresiones [3-36] y [3-37]. La expresión [3-38] reemplaza a la expresión [3-14].
C 3.8.2.2. Factor de sobrerresistencia
Para estimar el máximo momento de vuelco probable que puede desarrollarse, es necesario adoptar cargas gravitatorias que sean reales y consistentes con el evento sísmico. De acuerdo con ello, y sólo para este propósito, los esfuerzos axiales a los que pueden estar sometidos los tabiques cuando se desarrolle la sobrerresistencia flexional, se estimarán de acuerdo con las expresiones [3-36] y [3-37], despreciando la presencia de la sobrecarga.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 138
Por similitud con la expresión [3-14], puede definirse el factor de sobrerresistencia de un sistema de dos tabiques acoplados o tabiques acoplados con columnas, de acuerdo con la expresión [3-38]. Para sistemas de más de dos tabiques acoplados o tabiques acoplados con columnas, el factor de sobrerresistencia podrá definirse según la siguiente expresión:
ow
=
∑i Mowi ∑i MEwi
+ +
∑i PowEi Li ∑i PEwi Li
Donde Li es la distancia desde el baricentro geométrico de cada tabique a un punto auxiliar cualquiera, respecto del cual se calcula el momento global del sistema, ver la Figura C3.8.
esfuerzos por
sísmo E
esfuerzos por sobrerresistencia
PEw1
PEw2
PEw3 O
Pw1 oE
P w2 oE
Pw3 oE O
MEw1
MEw2 L1
MEw3 L2 L3
Mow1
Mow2 L1
Mow3 L2 L3
Figura C3.8. Factor de sobrerresistencia para un sistema de tres tabiques acoplados.
3.8.2.3. Esfuerzos de corte de diseño
Para tabiques sismorresistentes acoplados, el esfuerzo de corte último (Vu) en el nivel i del tabique k, deberá determinarse por la expresión siguiente, que reemplaza a la expresión [3-17]:
Vuwi k = ωv ϕow (∑Mk Mowokwk) VEwi
[3 - 39]
Donde k = 1, 2, …m indica el tabique considerado del sistema de tabiques acoplados, e
i = 1, 2, …n el nivel considerado; ωv deberá determinarse con las expresiones [3-18], [3-19] o [3-20] según corresponda, y ωv ow no deberá tomarse mayor que R⁄1,5.
C 3.8.2.3. Esfuerzos de corte de diseño
De acuerdo con los principios del diseño por capacidad el esfuerzo de corte debe tener en cuenta la sobrerresistencia de la rótula plástica y los efectos de los modos superiores de vibración.
El término entre paréntesis en la expresión [3-39] permite considerar en forma aproximada la distribución de los esfuerzos de corte entre los dos o más tabiques que en conjunto forman
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 139
el sistema de tabiques acoplados, la cual cuando desarrollan su sobrerresistencia flexional, es probable que difiera de la establecida con el análisis elástico inicial.
3.8.2.4. Diseño a corte por deslizamiento
Para la verificación del corte por deslizamiento, cuando el factor de acoplamiento A sea mayor o igual a 1/3 (A ≥ 1/3), deberá considerarse que los tabiques acoplados transfieren el corte total como una sola unidad. En este caso el esfuerzo axial Pu, en la expresión [3.32], será el proveniente de las cargas verticales solamente (peso propio, sobrecarga y componente vertical de la acción sísmica) sin tener en cuenta el esfuerzo axial inducido por la acción sísmica horizontal en cada tabique individual.
Cuando el grado de acoplamiento A sea menor que 1/3 (A < 1/3), deberá considerarse cada tabique individualmente, teniendo en cuenta el esfuerzo normal inducido por la acción sísmica horizontal.
C 3.8.2.4. Diseño a corte por deslizamiento En tabiques sismorresistentes con un alto grado de acoplamiento (A ≥ 1/3), se puede considerar a la estructura como un solo tabique en voladizo que transfiere el corte total, sin tener en cuenta el esfuerzo axial inducido por la acción sísmica en cada uno de los tabiques componentes. Cuando los tabiques estén débilmente acoplados (A < 1/3), es preferible considerarlos como unidades independientes y, por lo tanto, diseñar la junta constructiva con el esfuerzo axial derivado de la carga gravitatoria y de la acción sísmica.
3.9. REQUERIMIENTOS ADICIONALES PARA TABIQUES SISMORRESISTENTES POCO ESBELTOS
Se considerarán tabiques sismorresistentes poco esbeltos a aquéllos cuya relación de aspecto sea: Ar = hw⁄Lw < 2. Para la evaluación de la rigidez de este tipo de tabiques, se deberá tener en cuenta la deformación por corte.
C 3.9. REQUERIMIENTOS ADICIONALES PARA TABIQUES SISMORRESISTENTES POCO ESBELTOS
Como consecuencia de las dimensiones relativas, condiciones de borde, y el modo en que el corte es introducido, los mecanismos de resistencia al corte, apropiados para vigas de hormigón armado, no son totalmente aplicables en el caso de tabiques poco esbeltos.
Limitando la resistencia requerida a corte ( Vu ) y proveyendo una adecuada armadura horizontal de corte, pueden evitarse las fallas por compresión y tracción diagonal. Las deformaciones inelásticas requeridas para posibilitar la disipación de energía, se esperan que se originen principalmente por deformaciones posfluencia generadas en la armadura vertical. Sin embargo, después de unos pocos ciclos de reversiones en los desplazamientos que provoquen deformaciones plásticas importantes en la armadura vertical, puede ocurrir un desplazamiento por deslizamiento en la base o a lo largo de grietas flexionales que se
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 140
interconectan y generan un plano de falla continuo y aproximadamente horizontal. Estos desplazamientos, por deslizamiento, son los responsables de una reducción importante de la rigidez, particularmente al principio de una incursión inelástica con pequeñas intensidades en los esfuerzos. Como consecuencia se reduce la disipación de energía.
3.9.1. Diseño a corte por deslizamiento
3.9.1.1. Resistencia al corte por deslizamiento
La resistencia al corte por deslizamiento deberá tener en cuenta la contribución del mecanismo de pasador de la armadura vertical del alma y del mecanismo de fricción por corte.
(a) La resistencia al corte provista por el mecanismo de pasador, deberá tomarse como:
Vsw = 0,25 Asw fy
[3 - 40]
donde Asw es el área total de la armadura vertical en el alma del tabique. (b) La resistencia al corte provista por el mecanismo de fricción por corte, deberá tomarse como:
Vf = 0,25 f´c Af
[3 - 41]
donde el área efectiva Af deberá tomarse de acuerdo con la Figura 3.10., siendo c la profundidad del eje neutro.
Af
bw c
b1 Af
bw
2b1 + bW
45º
(a)
(b)
c
Figura 3.10. Área efectiva para determinar la fricción por corte.
C 3.9.1.1. Resistencia al corte por deslizamiento
Los mecanismos tradicionales de resistencia son el de fricción por corte y el mecanismo de pasador provisto por las armaduras verticales que atraviesan el plano de falla. Sin embargo, en la base de un tabique poco esbelto donde es probable que se desarrolle una grieta continua en la junta constructiva, también es necesario transferir momentos. Por lo tanto, la transferencia de corte a lo largo del plano crítico de deslizamiento, estará restringida a la armadura vertical y a la zona de compresión por flexión, donde se lleva a cabo la apertura y el cerrado cíclico de las grietas.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 141
(a) La acción de pasador de las barras verticales está asociada a importantes desplazamientos por corte. La mayoría de las barras verticales entrarán en fluencia antes de que la grieta pueda cerrarse. Por lo tanto, sólo algunas barras en el núcleo elástico podrán contribuir a la resistencia al corte por deslizamiento por acción de pasador. La expresión [3-40] refleja este hecho.
(b) Los ensayos relacionados con el mecanismo resistente de fricción por corte, muestran que existe un límite superior, a partir del cual, las fuerzas de cierre provistas por la armadura vertical y/o por compresiones externas, no aumentan la resistencia al corte. Esta resistencia al corte límite, obtenida con carga monotónica, es del orden de 0,35 f´c. Con desplazamientos cíclicos, es improbable que pueda lograrse una tensión de corte superior a 0,25 f´c. Por lo tanto, se recomienda que la resistencia al corte por fricción se estime de acuerdo con la expresión [3-41].
Nótese la importancia que tiene la profundidad c de la zona de compresión. Si el corte aplicado al tabique es constante, el momento en la base y por lo tanto c aumentará con la altura hw del tabique. Como corolario, con la altura hw constante y el corte constante, c disminuirá a medida que aumente la longitud Lw del tabique. Así, la contribución de la zona de compresión por flexión a la resistencia al corte por deslizamiento, aumentará con la relación de aspecto hw⁄Lw.
3.9.1.2. Armadura diagonal
Deberá proveerse armadura diagonal, ver la Figura 3.11., cuando:
VoE > Vsw + Vf
[3 - 42]
siendo VoE el esfuerzo de corte correspondiente al desarrollo de la sobrerresistencia flexional en la base del tabique Mow, con armadura vertical solamente.
La sección total de armadura diagonal (2 Asd) deberá proveer una resistencia adicional al corte por deslizamiento dada por:
siendo:
Vdi
=
Rd
(VoE
-
Vsw
-
Vf)
(
VoE - V1 VoE
)
Rd
=
1,60
-
1,95
ϕow R
≤
1,0
Si Rd ≤ 0 no es necesario colocar armadura diagonal.
[3 - 43] [3 - 44]
El esfuerzo de corte de un tabique, obtenido a partir del desarrollo de la sobrerresistencia flexional en la base del tabique, podrá determinarse como:
VoE = ϕwo VE
[3 - 45]
En la determinación de ϕow según la expresión [3-14], la capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional en la base del tabique Mow deberá incluir, cuando corresponda, la
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 142
contribución de la armadura diagonal dada por: Mdi = ldi Asd fy sen = V1 hw
V1
V1
[3 - 46]
Asd Vdi
Asd
Asd
Vdi
Asd
hw
ldi Lw
(a)
(b)
Figura 3.11. Disposición de las armaduras diagonales en tabiques sismorresistentes pocos esbeltos.
C 3.9.1.2. Armadura diagonal
El factor Rd tiene en cuenta la influencia que el exceso de resistencia y la ductilidad global (medida por medio del factor de reducción R) tienen en la degradación de resistencia. Así, mientras mayor sea la sobrerresistencia y menor sea el factor de reducción, la degradación de resistencia será menor, y menor la resistencia adicional a proveer con armadura diagonal. Si Rd ≤ 0 no es necesario colocar armadura diagonal.
Procedimiento de diseño para la armadura diagonal:
Caso a) armadura diagonal interceptando la base en el centro del tabique
Las barras diagonales se dispondrán de forma tal que crucen la base en el eje del tabique, con un ángulo respecto a la horizontal, ver la Figura 3.11.(a). En este caso, se podrá considerar que las armaduras diagonales sólo aportan resistencia nominal a corte, despreciando la contribución a la resistencia nominal a flexión del tabique.
Paso a.1) Acciones de diseño: a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., se establecerán las solicitaciones sobre el tabique.
Paso a.2) Armadura vertical: se determinará la armadura vertical a disponer, a partir del diseño a flexión y esfuerzo axial del tabique, según el artículo 3.5.2. Se deberá controlar la armadura longitudinal según el artículo 3.5.4.
Paso a.3) Resistencia requerida a corte (Vu): se determinará la resistencia requerida a corte en el tabique (VoE) con armadura vertical solamente, mediante la expresión [3-45], y se verificará el límite impuesto por la expresión [3-28].
Paso a.4) Resistencia al corte por deslizamiento: se determinará la resistencia al corte por deslizamiento como la suma de la resistencia al corte provista por el mecanismo de pasador
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 143
(Vsw ) según la expresión [3-40], y la resistencia al corte provista por el mecanismo de fricción por corte (Vf) según la expresión [3-41].
Paso a.5) Necesidad de armadura diagonal: deberá proveerse armadura diagonal cuando la resistencia requerida a corte determinada en el paso a.3), sea mayor que la resistencia al corte por deslizamiento determinada en el paso a.4), expresión [3-42]. Si Rd ≤ 0, según la expresión [3-44], no es necesario colocar armadura diagonal.
Paso a.6) Cantidad de armadura diagonal: si es necesario la incorporación de armadura diagonal, la resistencia requerida a corte a ser resistida por armadura diagonal (Vdi) viene dada por la expresión [3-43], donde V1 = 0, por lo tanto:
Vdi = Rd (VoE - Vsw - Vf)
La sección de armadura diagonal, a colocar en cada una de las direcciones, ver la Figura
3.11.(a), viene dada por:
Asd
=
Vdi 2 fy cos
Caso b) armadura diagonal interceptando la base en los bordes del tabique
Las barras diagonales se dispondrán de forma tal que crucen la base cerca de los bordes del tabique, con un ángulo respecto a la horizontal, ver la Figura 3.11.(b). En este caso, las armaduras diagonales contribuyen adicionalmente a la resistencia nominal a flexión del
tabique, según la expresión [3-46], donde V1 es el esfuerzo de corte necesario para desarrollar el momento Mdi.
La resistencia a corte disponible de las diagonales viene dada por:
Vdi = 2 Asd fy cos
Debido a la presencia del esfuerzo de corte V1, la resistencia a corte que las diagonales
pueden desarrollar para resistir el corte por deslizamiento viene dada por:
Vdi
=
2 Asd fy cos - V1 = 2 Asd fy
(cos -
ldi 2 hw
sen )
Esta resistencia debe ser mayor que:
Vdi = Rd (VoE - Vsw - Vf)
Paso b.1) Acciones de diseño: a partir de las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., se establecerán las solicitaciones sobre el tabique.
Paso b.2) Armadura vertical: se determinará la armadura vertical a disponer, a partir del diseño a flexión y esfuerzo axial del tabique, según el artículo 3.5.2. Se deberá controlar la armadura longitudinal según el artículo 3.5.4.
Paso b.3) Resistencia requerida a corte (Vu): se determinará la resistencia requerida a corte en el tabique (VoE) con armadura vertical solamente, mediante la expresión [3-45], y se verificará el límite impuesto por la expresión [3-28].
Paso b.4) Resistencia al corte por deslizamiento: se determinará la resistencia al corte por deslizamiento como la suma de la resistencia al corte provista por el mecanismo de pasador (Vsw ) según la expresión [3-40], y la resistencia al corte provista por el mecanismo de fricción por corte (Vf) según la expresión [3-41].
Paso b.5) Necesidad de armadura diagonal: deberá proveerse armadura diagonal cuando la resistencia requerida a corte determinada en el paso b.3), sea mayor que la resistencia al corte por deslizamiento determinada en el paso b.4), expresión [3-42]. Si Rd ≤ 0, según la expresión [3-44], no es necesario colocar armadura diagonal.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 144
Paso b.6) Cantidad de armadura diagonal: si es necesario la incorporación de armadura diagonal, la resistencia requerida a corte a ser resistida por armadura diagonal (Vdi) viene dada por la expresión [3-43].
Podrá considerarse la contribución de la armadura diagonal a la resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial. En todos los casos, para la determinación de ϕow deberá considerarse la contribución de la armadura diagonal en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional en la base del tabique Mow, según la expresión [3-46].
La sección de armadura diagonal, a colocar en cada una de las direcciones, ver la Figura
3.11.(b), viene dada por:
Asd
=
Vdi 2 fy cos
3.9.2. Armadura horizontal
En tabiques con relación de aspecto Ar = hw⁄Lw ≤ 1, el esfuerzo de corte de diseño se
determinará según:
Vu
=
ϕwo
hw Lw
VE
[3 - 47]
Para la determinación de la armadura horizontal necesaria se considerará la contribución de
la armadura diagonal, si existiese, y nula la contribución del hormigón vc = 0.
C 3.9.2. Armadura horizontal La armadura horizontal controla la falla por tracción diagonal. Se supone que el corte se introduce por un flujo uniforme de tensiones en la parte superior del tabique. Por lo tanto, si se acepta un plano potencial de falla a 45º, la porción del tabique a la derecha del plano potencial recibirá un corte igual al especificado por la expresión [3-47], ver la Figura C3.9.
hw VoE
Avh
Asd
Asd
hw
45°
Lw
Figura C3.9. Armaduras horizontales para control de la tracción diagonal en tabiques poco esbeltos.
Cuando exista armadura diagonal, ver la Figura C3.9., su contribución a la resistencia nominal a corte viene dada por:
Vn = Asd fy cos
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 3 - 145
3.9.3. Armadura vertical La armadura vertical deberá cumplir lo especificado en el artículo 3.6.3.3.
3.9.4. Tabiques con aberturas dispuestas en forma irregular
Cuando las aberturas se dispongan en forma irregular deberán utilizarse métodos de análisis apropiados, tales como los basados en modelos biela-tirante para establecer un flujo racional de esfuerzos internos. Deberán asegurarse, por medio de un diseño por capacidad, que la armadura horizontal de corte no fluya antes que se desarrolle la resistencia a flexión del tabique, ver la Figura 3.12.
Esfuerzos de compresión
Lw
nivel 4
F3
nivel 3 nivel 2 nivel 1
F2
hw
F1
Esfuerzos de tracción
Figura 3.12. Modelo biela-tirante para tabiques poco esbeltos con aberturas dispuestas en forma irregular.
C 3.9.4. Tabiques con aberturas dispuestas en forma irregular
Deberán evitarse debilidades no intencionales o elementos frágiles en zonas de fluencia potencial para una disposición particular de las aberturas. Cuando los tabiques presenten aberturas importantes e irregulares, deberán usarse preferentemente modelos biela-tirante con un cuidadoso detallado de los nodos, para posibilitar el desarrollo de un flujo de esfuerzos viable. Deberá prestarse atención a aquellas situaciones donde la disposición de las aberturas irregulares necesite diferentes flujos de esfuerzos internos para cada una de las direcciones de la acción sísmica.
En la Figura 3.12. debe considerarse que las fuerzas sísmicas equivalentes F1, F2, etc., son aplicadas por las losas al tabique, en forma distribuida en toda la longitud del tabique. Por lo tanto, se originan esfuerzos de tracción que deben resistirse con armaduras, por ejemplo, en todo el borde superior del tabique cuando F3 actúa hacia la derecha, en este caso el esfuerzo máximo es igual a F3.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 3 - 146
CAPÍTULO 4. SISTEMAS PÓRTICO-TABIQUE SISMORRESISTENTES DE HORMIGÓN ARMADO
4.0. SIMBOLOGÍA
Ag área bruta de la sección transversal, en mm2.
H
altura total de la estructura, en mm.
Ln longitud libre de un componente, en mm. Moc capacidad en el desarrollo de la sobrerresistencia flexional de una columna, en Nmm. MEc momento en columnas producido exclusivamente por la acción sísmica horizontal, en Nmm.
Mu resistencia requerida a flexión, o momento último, en Nmm.
Pu esfuerzo axial último en columnas, en N.
R
factor de reducción, según el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I
“CONSTRUCCIONES EN GENERAL”.
Rm factor de reducción de momentos en columnas.
Rv factor de reducción de carga axial en columnas. VEc esfuerzo de corte en columnas derivado de las fuerzas sísmicas horizontales, en N.
VE total esfuerzo de corte total en la base de la estructura, en N.
Vu resistencia requerida a corte, o corte último, en N. Vuw s. crítica esfuerzo de corte último en la sección crítica de un tabique, en N. VEw s. crítica esfuerzo de corte en la sección crítica de un tabique, provocado por las fuerzas
sísmicas horizontales solamente, en N.
VEwi esfuerzo de corte en la base del tabique i-ésimo, provocado por las fuerzas sísmicas horizontales solamente, en N.
f´c resistencia especificada a la compresión del hormigón, en MPa. Según el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
hb altura de la viga, en mm.
hw altura de un tabique, en mm.
ld
longitud de adherencia, en mm.
n
número de pisos por encima del nivel considerado.
factor de reducción de resistencia.
bo factor de sobrerresistencia flexional en vigas.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 4 - 147
ϕow factor de sobrerresistencia flexional en tabiques. v relación de corte en tabiques para sistemas pórtico tabique. ω factor de amplificación dinámica.
ωc factor de amplificación dinámica para columnas de sistemas pórtico tabique. ωp factor de amplificación dinámica para columnas de sistemas pórtico tabique, cuando
los tabiques no poseen la altura total de la estructura.
ωv factor de amplificación dinámica para tabiques. ω∗v factor de amplificación dinámica para tabiques de sistemas pórtico tabique.
4.1. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO
Los requerimientos de diseño establecidos en este Capítulo, deberán aplicarse a los sistemas estructurales donde la resistencia a la acción sísmica horizontal se provea por la contribución combinada de pórticos y tabiques sismorresistentes de hormigón armado. Los requerimientos establecidos en el Capítulo 2, “Pórticos Sismorresistentes de Hormigón Armado” y en el Capítulo 3, “Tabiques Sismorresistentes de Hormigón Armado” deberán aplicarse en su totalidad en tanto no sean modificados por las prescripciones aquí establecidas.
4.1.1. Factor de reducción de la estructura
El factor de Reducción R de la estructura se determinará:
(a) Cuando el corte en la base resistido por los tabiques sea menor o igual a 1/3 del corte total en la base, deberá adoptarse el valor del factor de reducción correspondiente a pórticos sismorresistentes de hormigón armado con ductilidad completa.
(b) Cuando el corte en la base resistido por los tabiques sea mayor o igual a 2/3 del corte total en la base, deberá adoptarse el valor del factor de reducción correspondiente a tabiques sismorresistentes de hormigón armado.
(c) Cuando el corte en la base resistido por los tabiques esté comprendido entre 1/3 y 2/3 del corte total en la base, el valor del factor de reducción deberá obtenerse interpolando linealmente entre los valores establecidos precedentemente en (a) y (b).
C 4.1.1. Factor de reducción de la estructura
La contribución de todos los tabiques a la resistencia ante acciones sísmicas, depende de la relación entre el corte en la base resistido por los tabiques y el corte total en la base. Cuando esta relación es pequeña ( ≤ 1⁄3) la resistencia a acciones sísmicas horizontales está provista principalmente por los pórticos. Cuando, por el contrario, la relación es grande
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 4 - 148
( ≥ 2⁄3) la resistencia está provista fundamentalmente por los tabiques. En cada una de estas situaciones, el factor de Reducción R de la estructura corresponderá al de pórticos en
el primer caso, y al de tabiques en el segundo. En las situaciones intermedias, podrá
interpolarse linealmente.
4.2. DISEÑO DE PÓRTICOS
4.2.1. Diseño de vigas Deberán cumplirse los requerimientos establecidos en el artículo 2.2.
4.2.2. Diseño de columnas Deberán cumplirse los requerimientos establecidos en el artículo 2.3., salvo los expresamente modificados en este apartado.
4.2.2.1. Resistencia requerida a flexión - Mu Los momentos últimos (Mu) en las secciones extremas de columnas donde no se espera el desarrollo de rótulas plásticas, se determinarán con la expresión [2.3-12]. En este caso, se utilizarán en conjunto con un factor de reducción de resistencia ( ) igual a 1,00.
El factor de reducción de momento Rm, deberá determinarse de acuerdo con:
0,75
≤
Rm = 1,00 + 0,50 (ω - 1,00) (10
Pu f´c Ag
- 1,00)
≤
1,00
[4 - 1]
Donde: -0,15 ≤ Pu⁄(f´c Ag) ≤ 0,10, Pu deberá tomarse con signo negativo cuando sea de tracción.
El factor de amplificación dinámica ω deberá tomarse de acuerdo con la Figura 4.1.(a), cuando el tabique se extienda en toda la altura, y de acuerdo con la Figura 4.1.(b) cuando el tabique no se extienda en toda la altura. En este último caso, deberá tomarse:
ωp = ω - (hHw) (ω - 1,20) Donde ω está dado por la expresión [2.3-9].
[4 - 2]
C 4.2.2.1. Resistencia requerida a flexión - Mu La expresión [4 -1] modifica a la Tabla 2.3. para el caso de estructuras pórtico tabique.
La Figura 4.1. modifica, para el caso de estructuras pórtico tabique, a la Figura 2.12.
Como es sabido, el propósito fundamental del factor de amplificación dinámica ω es incrementar las demandas de momentos por encima y por debajo de una viga debido a la
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 4 - 149
participación de los modos superiores de vibración durante la respuesta dinámica. Las formas modales en los sistemas pórtico tabique están fuertemente controladas por las deformaciones de los tabiques. Por esta razón, los tabiques que cubren toda la altura, protegen a las columnas de grandes demandas locales de momentos debidos a los efectos de los modos superiores. Los análisis dinámicos demuestran que en el caso de sistemas pórtico tabique, un valor de ω = 1,20 es suficiente para proteger a las columnas de rotulaciones plásticas en los niveles superiores, cuando los tabiques cubren toda la altura.
Como consecuencia de que el factor de amplificación dinámica para las columnas de sistemas pórtico tabique, cuando los tabiques cubren toda la altura, es relativamente bajo, la reducción de los momentos requeridos debido a una compresión axial pequeña o a una tracción axial, rara vez excederá del 20%. Para simplificar los cálculos, se puede tomar Rm = 1,00.
Columnas de sistemas pórtico tabique que se extienden por encima del nivel superior de tabiques con altura parcial, están menos protegidas de rotulaciones plásticas. Por lo tanto, en estas columnas es deseable resistencias flexionales mayores si se quiere mantener el criterio de “columna fuerte–viga débil” en los niveles donde los tabiques están ausentes. Sin embargo, en comparación con el caso de pórticos solos, sin tabiques, existe alguna protección para las secciones de columnas ubicadas por encima del nivel superior del tabique de altura parcial.
Por lo tanto, el valor máximo del factor de amplificación dinámica ωp está dado por la expresión [4-2] que resulta de una interpolación lineal entre el valor de ω correspondiente a pórticos y 1,20.
1,00
1,00
0,70 H w
1,20
H
0,30 H
wp
1,20 hw
0,30 H
1,00
1,00
(a) Tabique sismorresistente con altura hw total
(b) Tabique sismorresistente con altura hw parcial
Figura 4.1. Factor de amplificación dinámica ω para momentos de columnas en sistemas pórtico tabique.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 4 - 150
4.2.2.2. Esfuerzo axial requerido - Pu -
Los esfuerzos axiales inducidos en cualquier nivel, sólo por las acciones sísmicas horizontales, que deberán utilizarse en conjunto con los derivados de las cargas gravitatorias mayoradas y con los momentos últimos para determinar la resistencia de la sección de la columna, deberán determinarse con la expresión [2.3-13] con Rv igual a:
Rv = (1,00 - 6n7) ≥ 0,70
[4 - 3]
C 4.2.2.2. Esfuerzo axial requerido - Pu La expresión [4-3] modifica a la Tabla 2.4. para el caso de estructuras pórtico tabique.
La expresión [4-3] arroja los mismos valores de la Tabla 2.4. cuando el factor de amplificación dinámica ω es 1,30 o menos.
4.2.2.3. Resistencia requerida a corte - Vu -
El esfuerzo de corte último (Vu) en columnas donde no se prevea la formación de rótulas plásticas en sus extremos, deberá evaluarse de acuerdo con:
Vu = ωc bo VEc
[4 - 4.a]
Donde el factor de amplificación dinámica ωc, deberá tomarse igual a: ωc = 2,50 para el piso inferior; ωc = 2,00 para el piso superior; y ωc = 1,30 para los pisos intermedios.
Para las columnas del piso inferior deberá además cumplirse:
Vu
≥
Moc base + 1,30 ob MEc capitel Ln + 0,50 hb
[4 - 4.b]
Cuando se utilice el factor de reducción de momento Rm de acuerdo con la expresión [4-1], el esfuerzo de corte Vu, podrá reducirse proporcionalmente.
C 4.2.2.3. Resistencia requerida a corte - Vu -
La expresión [4-4] reemplaza a las expresiones [2.3-23], [2.3-26] y [2.3-27], para el caso de estructuras pórtico tabique.
El procedimiento para la evaluación de los esfuerzos de corte últimos en columnas, es muy similar al utilizado para el diseño por capacidad de pórticos. Refleja un grado mayor de conservatismo para tratar de evitar una falla por corte en la columna ante cualquier evento sísmico. A pesar de la aparente severidad de la expresión [4-4] los requerimientos de corte para columnas rara vez son críticos, como consecuencia del muy bajo valor de VEc que se obtiene del análisis elástico.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 4 - 151
4.3 DISEÑO DE TABIQUES
Deberá cumplirse con lo especificado en el Capítulo 3 “Tabiques Sismorresistentes de Hormigón Armado”, con las modificaciones que se introducen en este artículo.
4.3.1. Interrupción en altura de la armadura longitudinal
La armadura longitudinal podrá interrumpirse en altura de manera de proveer una resistencia flexional al menos igual a la que se obtiene del diagrama envolvente de momentos dado en la Figura 4.2.
Las barras longitudinales deberán prolongarse desde la sección donde se requieren que desarrollen su resistencia una longitud al menos igual a ld.
resistencia a flexión con armadura mínima n
resistencia requerida
n- 1
a flexión
n- 2
.
diagrama de momento flector
.
.
variación supuesta
.
de momento
.
3
Lw
M w s. crítica n
2 1
Lw
Figura 4.2. Diagrama envolvente de la resistencia requerida a flexión para tabiques en sistemas pórtico tabique.
C 4.3.1. Interrupción en altura de la armadura longitudinal
La envolvente de momentos que muestra la Figura 4.2. es similar, pero no la misma, que la especificada para tabiques en voladizo (Figura 3.4.). Se especifica aquí una resistencia flexional ligeramente mayor en los pisos superiores, relacionando el momento en el extremo superior del tabique al máximo momento revertido, producto del análisis elástico original. Es importante destacar que la envolvente está relacionada con la resistencia nominal a flexión del tabique en su sección crítica, tal cual está detallado, en vez de hacerlo con el momento
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 4 - 152
requerido producto del análisis elástico ante fuerzas sísmicas horizontales. La envolvente se
refiere a la resistencia nominal a flexión efectiva. Por lo tanto, las barras verticales deberán
extenderse por encima de los niveles indicados por la envolvente, al menos una longitud igual a la longitud de anclaje ld.
4.3.2. Resistencia requerida a corte - Vu -
4.3.2.1. El esfuerzo de corte último (Vu) en la sección crítica del tabique, deberá evaluarse según:
Vu = Vuw s. crítica = ω∗v ϕwo VEw s. crítica ωv∗ = 1,00 + (ωv - 1,00) v
[4 - 5] [4 - 6]
Siendo ωv el factor de amplificación dinámica dado por las expresiones [3-18], [3-19] y [3-20], y la relación de corte en tabiques v determinada con la siguiente expresión:
v =
(
∑im=1 VEwi VE total
)
s. crítica
[4 - 7]
C 4.3.2.1. En la sección crítica del tabique, este artículo modifica, para el caso de estructuras pórtico tabique, al artículo 3.6.1.
El enfoque adoptado para el diseño al corte de sistemas pórtico tabique es una extensión de la metodología adoptada para tabiques en voladizo. En la primera etapa, el esfuerzo de corte se incrementa sobre el valor inicial al correspondiente al desarrollo de la sobrerresistencia flexional de la rótula plástica en la sección crítica del tabique. Esto se logra con la introducción del factor de sobrerresistencia flexional ϕow. En la próxima etapa, se amplifica nuevamente para tener en cuenta la respuesta dinámica inelástica de la estructura.
Por otro lado, se ha demostrado que, para un registro de un terremoto dado, los esfuerzos
de corte en la sección crítica inducidos dinámicamente en sistemas pórtico tabique,
aumentan a medida que aumenta la participación de los tabiques al corte total en la sección
crítica (expresiones [4-5] y [4-6]). Esto se tiene en cuenta a través de la
dada en la expresión [4-7]. La expresión [4-6] muestra que a medida aumenta hasta llegar a ser igual a ωv, cuando v = 1,00.
relación de corte que v aumenta,
ω vv∗
4.3.2.2. El esfuerzo de corte último (Vu) en las secciones ubicadas por encima de la sección crítica del tabique, no deberá ser menor que el que resulta del diagrama envolvente de la
Figura 4.3.
C 4.3.2.2. El diagrama envolvente de la Figura 4.3. modifica las expresiones [3-17] y [3-39] para el caso de estructuras pórtico tabique.
En las secciones ubicadas por encima de la sección crítica del tabique, este artículo modifica, para el caso de estructuras pórtico tabique, al artículo 3.6.1.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 4 - 153
Como es dable esperar, durante la respuesta a un sismo severo, pueden generarse esfuerzos de corte mucho mayores que los provenientes de un análisis elástico ante fuerzas sísmicas horizontales. Un escalamiento lineal del diagrama de esfuerzos de corte, de acuerdo con la expresión [4-5], daría predicciones erróneas de las demandas de corte en los pisos superiores en sistemas pórtico tabique. Por esta razón, se estipula el diagrama envolvente dado en la Figura 4.3. Se observa que la envolvente citada da el esfuerzo de corte último (Vu), en términos del corte en la sección crítica Vuw s. crítica (expresión [4-5]).
0,50
V w s. crítica u
2 3
hw
1 3
hw
V w s. crítica u
Figura 4.3. Diagrama envolvente de la resistencia requerida a corte para tabiques en sistemas pórtico tabique.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 4 - 154
CAPÍTULO 5. DIAFRAGMAS
5.1. CAMPO DE VALIDEZ
Las prescripciones contenidas en este Capítulo deberán aplicarse a las losas de entrepisos y techos de edificios de hormigón armado, cuando deban distribuir acciones sísmicas entre los elementos sismorresistentes, además de resistir las acciones gravitatorias.
C 5.1. CAMPO DE VALIDEZ El propósito es lograr que las losas puedan funcionar como diafragmas en su plano y, además, vincular la estructura de modo que se garantice la formación del mecanismo de colapso previsto. Los diafragmas pueden ser considerados infinitamente rígidos o deformables, pero deben cumplir estas prescripciones. Se encuentran en general dos tipos de diafragmas en edificios. El primer tipo aparece en cualquier nivel donde el sistema de piso, actuando como una viga alta horizontal, transmite las fuerzas generadas por la acción sísmica a los distintos planos verticales sismorresistentes, tales como pórticos o tabiques. El segundo tipo, se encuentra cuando, en un nivel particular, se necesitan transferir grandes esfuerzos de corte de un sistema resistente, tal como un núcleo central de corte, a otro sistema resistente, tal como tabiques de fundación periféricos, y en sistemas pórtico tabique. En estos diafragmas, denominados diafragmas de transferencia, los efectos del corte pueden resultar críticos.
5.2. ACCIONES SÍSMICAS REQUERIDAS
5.2.1. Los diafragmas deberán permanecer elásticos y diseñarse para resistir las fuerzas máximas desarrolladas en los planos sismorresistentes verticales correspondientes al mecanismo de colapso elegido.
5.2.2. Las fuerzas requeridas mencionadas en el artículo 5.2.1., deberán ser las correspondientes al desarrollo de la capacidad de los planos sismorresistentes verticales considerando la sobrerresistencia generada en las rótulas plásticas.
C 5.2. ACCIONES SÍSMICAS REQUERIDAS
A menos que se usen métodos numéricos de integración paso a paso, que provean información sobre las aceleraciones de piso correspondientes a registros apropiados de terremotos, las acciones sísmicas requeridas en los diafragmas sólo pueden aproximarse. Como estas acciones rara vez son críticas, generalmente pueden usarse hipótesis conservadoras. Para ello, los principios del diseño por capacidad son apropiados.
De esta manera, pueden estimarse las fuerzas sísmicas horizontales en cada nivel, que pueden ser resistidas por los sistemas resistentes principales cuando ellos desarrollen su sobrerresistencia. El conjunto de estas fuerzas transmitidas entre los diafragmas y los pórticos o tabiques en cada nivel, pueden usarse para proveer una resistencia adecuada para corte y flexión en el diafragma.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 5 - 155
En sistemas pórtico tabique, pueden generarse fuerzas excepcionalmente grandes debido a los esfuerzos internos necesarios para rectificar la inherente incompatibilidad de deformaciones de pórticos y tabiques.
5.3. DIAFRAGMAS DE HORMIGÓN ARMADO COLADO IN SITU
5.3.1. Podrá utilizarse el modelo biela-tirante para establecer el flujo de fuerzas en los diafragmas, las fuerzas de tracción podrán ser resistidas por vigas o refuerzos de armadura en la losa, mientras que los paneles de losa trasmitirán las fuerzas necesarias para conformar un campo en compresión diagonal, ver la Figura 5.1.
Capacidades de los planos sismorresistentes verticales
Vigas
Vigas
Columnas Vigas
Esfuerzos de compresión
Esfuerzos de tracción
Vigas
Esfuerzos de tracción
Columnas
Esfuerzos de compresión
Capacidades de los planos sismorresistentes verticales
(a)
(b)
Figura 5.1. Modelo para el análisis de diafragmas de hormigón armado colados in situ utilizando un campo en compresión diagonal.
C 5.3.1. Los modelos biela–tirante resultan muy aptos para determinar el flujo interno de esfuerzos, particularmente cuando el diafragma presenta grandes aberturas. Si se pone de manifiesto un serio problema producto de una abertura particular, es improbable que pueda resolverse utilizando métodos más refinados de análisis, tales como elementos finitos; un rediseño de la abertura, cambiando el tamaño y/o la posición, puede ser lo más conveniente.
5.3.2. Los diafragmas de hormigón armado colados in situ diseñados para soportar las
cargas gravitatorias en una o en dos direcciones, de acuerdo con lo especificado en el Capítulo 13 del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, deberán armarse en dos direcciones ortogonales con una armadura no menor que la
especificada en el artículo 7.12. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005 en cada dirección. Esta armadura deberá anclarse en las vigas de
borde o tabiques que limitan cada panel de losa, y deberá poseer una separación no mayor
que 250 mm.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 5 - 156
5.3.3. Cuando los diafragmas se conecten a tabiques sismorresistentes y la longitud de conexión sea menor que la longitud del borde correspondiente del diafragma, deberán diseñarse elementos especiales de conexión que permitan trasmitir los esfuerzos de corte a los tabiques por medio de esfuerzos de tracción o compresión.
5.4. DIAFRAGMAS CONSTITUIDOS POR ELEMENTOS PREMOLDEADOS
5.4.1. Se podrá utilizar el modelo biela-tirante, pero conformando en este caso un campo en tracción diagonal, ver la Figura 5.2.
Capacidades de los planos sismorresistentes verticales
Vigas
Vigas
Columnas Vigas
Esfuerzos de tracción
Esfuerzos de compresión
Vigas
Esfuerzos de tracción
Columnas Esfuerzos de compresión
Capacidades de los planos sismorresistentes verticales
(a)
(b)
Figura 5.2. Modelo para el análisis de diafragmas de hormigón armado constituidos por elementos premoldeados utilizando un campo en tracción diagonal.
5.4.2. Los diafragmas con elementos premoldeados deberán cumplir con los requerimientos establecidos en el Capítulo 17 del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, y además tener una capa de compresión de hormigón colado in situ, la cual deberá cumplir con las siguientes condiciones:
(a) El espesor mínimo será de 50 mm.
(b) La armadura mínima en las dos direcciones principales deberá cumplir con lo especificado en el artículo 7.12. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, con una separación no mayor que 250 mm.
5.4.3. Cuando las tensiones de corte en la capa de compresión superen 0,30 √f´c no deberán usarse diafragmas con elementos premoldeados.
5.4.4. Se deberá proveer la cantidad de armadura necesaria en la capa de compresión para transmitir las fuerzas de tracción entre discontinuidades causadas por la formación de
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 5 - 157
rótulas plásticas en las vigas de apoyo, ver la Figura 5.3. Esta armadura deberá extenderse, desde el centro de la columna, una longitud al menos igual a 1/4 de la distancia diagonal entre columnas adyacentes o la intersección de vigas ortogonales en los bordes de cada panel de losa.
5.4.5. Deberá cumplirse con lo especificado en el artículo 5.3.3.
5.4.6. Los componentes premoldeados del diafragma deberán estar vinculados adecuadamente a los componentes de la estructura. No se admite la utilización de elementos premoldeados simplemente yuxtapuestos.
Barras extras de refuerzo
Malla
Barras extras de refuerzo
Losa premoldeada
Malla
Figura 5.3. Armadura adicional para desarrollar un campo en tracción diagonal en la capa de compresión de diafragmas con elementos premoldeados.
C 5.4. DIAFRAGMAS CONSTITUIDOS POR ELEMENTOS PREMOLDEADOS
Cuando se imponen grandes demandas de ductilidad en pórticos, puede esperarse un alargamiento significativo en las vigas. La acción de diafragma, en este caso, está conferida por una capa de compresión relativamente delgada armada con una malla mínima. Pueden esperarse grandes grietas concentradas donde las rotulas plásticas introducen deformaciones importantes de tracción en la capa de compresión. Estas grandes grietas pueden hacer que los paneles de losas se vuelvan inefectivos en compresión diagonal. Para posibilitar en estas circunstancias que un mecanismo biela–tirante funcione dentro del diafragma, los paneles necesitan proveer un campo en tracción diagonal donde las vigas sean los elementos comprimidos, como se muestra en la Figura 5.2. Una malla mínima en la capa de compresión es probable que sea inadecuada para transmitir los esfuerzos de tracción concentrados en los nudos del campo traccionado, aún si estos esfuerzos no fueran importantes en términos de las tensiones nominales de corte. En tales situaciones, se deberá proveer una armadura extra en la capa de compresión, por ejemplo, en la forma que se muestra en la Figura 5.3. La armadura debe estar bien anclada en el diafragma para permitir una difusión de los esfuerzos de tracción dentro del panel y posibilitar que la malla trabaje eficientemente a tracción.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 5 - 158
CAPÍTULO 6. FUNDACIONES
6.0. SIMBOLOGÍA
Ag área bruta de la sección transversal, en mm2.
R
factor de reducción, según el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I
“CONSTRUCCIONES EN GENERAL” – 2013.
fy
tensión de fluencia especificada de la armadura longitudinal (corresponde al límite
de fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
factor de reducción de resistencia.
t
cuantía de la armadura longitudinal total en pilotes.
6.1. CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO
6.1.1. El sistema de fundación deberá ser capaz de soportar las cargas gravitatorias manteniendo el mecanismo de colapso elegido.
6.1.2. Se deberá tender a que la disipación de energía sísmica, y por lo tanto el mecanismo de colapso elegido, esté restringido solamente a la superestructura de acuerdo con lo especificado en el artículo 6.3. Excepcionalmente podrá aceptarse que la disipación de energía sísmica se concentre total o parcialmente en el sistema de fundación, en este caso, el diseñador debe justificar, a satisfacción de la Autoridad de Aplicación, las razones para adoptar esta solución.
C 6.1. CRITERIOS GENERALES PARA EL DISEÑO
Se intenta inculcar a los diseñadores que cuando se confía en la disipación de energía, es esencial que la plastificación se concentre en ubicaciones predeterminadas y que tales plastificaciones puedan ocurrir sin daños serios.
6.2. CLASIFICACIÓN
Las fundaciones se clasifican de acuerdo con el tipo de respuesta esperada para la superestructura y para las fundaciones en:
(a) Fundaciones para superestructuras con respuesta dúctil.
(b) Fundaciones para superestructuras con respuesta elástica.
(c) Fundaciones para estructuras con respuesta dúctil.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 6 - 159
Se consideran, superestructuras con respuesta dúctil a aquéllas donde el mecanismo de colapso elegido sólo se desarrolla en la superestructura.
Se consideran estructuras con respuesta dúctil a aquéllas donde el mecanismo de colapso elegido se desarrolla en el conjunto superestructura–fundación.
C 6.2. CLASIFICACIÓN Debe hacerse una distinción clara entre las respuestas elásticas e inelásticas de la superestructura y del sistema de fundación. Esta distinción es un requisito previo de la filosofía del diseño por capacidad. Aunque habrá casos donde el sistema combinado superestructura–fundación no responda exactamente a las categorías que aquí se presentan, los principios generales deberían posibilitar que los diseñadores desarrollen con facilidad enfoques aplicables a sistemas intermedios. La elección entre fundaciones con respuesta dúctil o elástica es, en alguna medida, dependiente de la filosofía adoptada para el diseño de la superestructura.
6.3. FUNDACIONES PARA SUPERESTRUCTURAS CON RESPUESTA DÚCTIL
En el caso de superestructuras con respuesta dúctil, las fundaciones deberán ser capaces de transmitir al terreno, las solicitaciones correspondientes a la capacidad lateral de la superestructura considerando las cargas gravitatorias mayoradas.
En este caso, la respuesta de las fundaciones deberá desarrollarse en el campo elástico, debiéndose cumplir con los requerimientos especificados en el Capítulo 15 del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, con un factor de reducción de resistencia = 1,00, excepto en los casos de pilotes donde deberá cumplirse con lo especificado en el artículo 6.6.
Las solicitaciones determinadas por capacidad, no necesitarán ser mayores que las correspondientes a la respuesta esencialmente elástica de la superestructura (R = 1,50), utilizadas en conjunto con en el correspondiente factor de reducción de resistencia .
C 6.3. FUNDACIONES PARA SUPERESTRUCTURAS CON RESPUESTA DÚCTIL Cuando no exista ninguna posibilidad de que se desarrollen deformaciones inelásticas durante la respuesta sísmica del sistema de fundación, es adecuado detallar las armaduras de acuerdo con los criterios sustentados para las cargas de servicio, tales como las cargas gravitatorias o el viento. En este caso, los elementos del sistema de fundación deberán ser capaces de soportar elásticamente, las solicitaciones inducidas en la superestructura cuando se desarrolle su sobrerresistencia. Su diseño deberá basarse en los criterios del diseño por capacidad, a fin de proteger al sistema de fundación, de cualquier posible plastificación proveniente de las máximas solicitaciones probables que la superestructura le transmita.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 6 - 160
6.4. FUNDACIONES PARA SUPERESTRUCTURAS CON RESPUESTA ELÁSTICA
En el caso de superestructuras con respuesta elástica, las fundaciones podrán diseñarse para que respondan elásticamente, de forma dúctil, o por medio de un giro rígido en la superficie de contacto entre la fundación y el terreno en el caso de fundaciones de tabiques sismorresistentes.
C 6.4. FUNDACIONES PARA SUPERESTRUCTURAS CON RESPUESTA ELÁSTICA En ciertos casos la respuesta de la superestructura ante el mayor terremoto esperado será elástica. Esto puede ser el resultado de una decisión de diseño, o de requerimientos reglamentarios relativos a la cantidad mínima de armadura, los que le proveen resistencia suficiente para que su respuesta sea elástica.
6.4.1. Fundaciones con respuesta elástica
Las fundaciones con respuesta elástica deberán diseñarse de acuerdo con los requerimientos establecidos en el Capítulo 15 del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, teniendo en cuenta los factores correspondientes de reducción de resistencia , excepto en el caso de pilotes donde se aplicará lo especificado en el artículo 6.6.
C 6.4.1. Fundaciones con respuesta elástica
Cuando sea apropiado considerar una respuesta elástica, toda la estructura, incluyendo las fundaciones, se espera que respondan dentro del campo elástico. Usualmente, sólo en zonas de baja sismicidad o en edificios bajos estructurados con tabiques sismorresistentes, será posible satisfacer la estabilidad global (momento de vuelco) para este alto nivel de acciones sísmicas.
6.4.2. Fundaciones con respuesta dúctil
Para el diseño de componentes de fundaciones con respuesta dúctil, se aplicarán todos los requerimientos especificados en los Capítulos 1, 2 y 3 de esta Parte II, según corresponda. Para garantizar que la superestructura sea capaz de resistir dentro del campo elástico las solicitaciones provenientes del desarrollo de la capacidad de la fundación, la resistencia requerida en la superestructura se determinará aplicando los requerimientos del diseño por capacidad, teniendo en cuenta los efectos de los modos superiores de vibración para cada una de las solicitaciones.
C 6.4.2. Fundaciones con respuesta dúctil
Cuando la resistencia potencial de la superestructura con respecto a las acciones sísmicas especificadas sea excesiva, el diseñador puede elegir al sistema de fundación para que limite las fuerzas horizontales a resistir. En tales casos, el sistema de fundación será la principal fuente de disipación de energía durante la respuesta inelástica. Se aplicarán, por lo
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 6 - 161
tanto, todos los requerimientos pertinentes a elementos de estructuras con ductilidad completa o limitada, según corresponda. Antes de elegir este sistema, se deben medir cuidadosamente las consecuencias de la ocurrencia de posibles daños durante terremotos moderadamente fuertes. Las grietas, que pueden ser grandes si la armadura ha entrado en fluencia, pueden ser difíciles de detectar. Más aún, a causa de la dificultad de acceso a los elementos de la estructura de fundación, que bien pueden estar por debajo del nivel freático, las reparaciones pueden resultar costosas.
6.4.3. Fundaciones para tabiques sismorresistentes con giro rígido
6.4.3.1. Para el caso de fundaciones de tabiques sismorresistentes se admitirá que los tabiques limiten las acciones sísmicas mediante un giro rígido de la fundación, siempre que los esfuerzos verticales requeridos se determinen teniendo en cuenta las cargas gravitatorias mayoradas; que se consideren las contribuciones debidas a la capacidad flexional de las losas, vigas y otros elementos adyacentes que pudieran entrar en fluencia debido al giro rígido del tabique; y se consideren todas las aceleraciones inducidas en la superestructura como consecuencia de dicho giro.
6.4.3.2. Deberán considerarse las fuerzas de levantamiento que pueden actuar en zapatas aisladas para asegurar, cuando sea necesario, una armadura de tracción por flexión adecuada en la parte superior de las zapatas aisladas, o en otras ubicaciones de zapatas continuas o combinadas, donde las tensiones de compresión, debidas a las cargas gravitatorias, prevalecerían. Esta armadura no deberá ser menor que 0,001 veces el área de la sección bruta de la zapata.
C 6.4.3. Fundaciones para tabiques sismorresistentes con giro rígido Una característica común en el diseño de tabiques sismorresistentes de hormigón armado, es la dificultad de absorber la capacidad flexional de ellos por el sistema de fundación sin volverse inestable. Para tales situaciones, el diseñador puede elegir el giro rígido de la fundación como el principal mecanismo de resistencia. Consecuentemente, las partes que giran rígidamente en la superestructura y sus elementos de fundación pueden diseñarse para que permanezcan elásticos.
6.5. FUNDACIONES PARA ESTRUCTURAS CON RESPUESTA DÚCTIL
Se admitirá que la disipación total de energía sísmica se logre mediante un mecanismo de colapso que involucre la plastificación de elementos componentes de la superestructura, y de las fundaciones simultáneamente.
Cuando el factor de reducción R adoptado para la estructura sea mayor a 3,5 (R > 3,5), los elementos de las fundaciones deberán cumplir con los requerimientos establecidos en los Capítulos 1, 2 y 3, según corresponda, de esta Parte II. En caso contrario, deberán cumplir
con los requerimientos establecidos en el Capítulo 7.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 6 - 162
6.6. REQUERIMIENTOS ESPECIALES PARA PILOTES
6.6.1. Zonas de formación potencial de rótulas plásticas 6.6.1.1. El extremo superior de cada pilote deberá armarse siguiendo los requerimientos establecidos para la zona de formación potencial de rótulas plásticas en columnas.
C 6.6.1.1. Como consecuencia de los generalmente grandes momentos y cortes, inducidos en la parte superior de los pilotes, es esencial proveer un confinamiento adecuado y armadura de corte para asegurar ductilidad.
6.6.1.2. La longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica deberá tomarse igual a la correspondiente a una columna según el artículo 2.3.5. medida a partir de la cara inferior del cabezal.
C 6.6.1.2. Para cumplir con este requerimiento, la longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica necesita sólo cumplir con los múltiplos de la dimensión mayor de la sección transversal del pilote.
6.6.2. Armadura
6.6.2.1. Armadura longitudinal mínima La cuantía mínima de la armadura longitudinal total t en pilotes, deberá ser no menor que: (a) 2,40⁄fy para pilotes con un área bruta de la sección transversal Ag igual o menor a
0,50 x 106 mm2.
(b) 1,20⁄fy para pilotes con un área bruta de la sección transversal Ag igual o mayor a 2,00 x 106 mm2.
(c) 2400⁄(fy √2 Ag) para pilotes con un área bruta de la sección transversal Ag comprendida entre 0,50 x 106 mm2 y 2,00 x 106 mm2.
(d) 0,70⁄fy si puede demostrarse que el pilote, con la armadura mínima dispuesta, posee una resistencia superior a 1,40 veces la resistencia requerida.
C 6.6.2.1. Armadura longitudinal mínima Se siguen aquí los requerimientos para columnas. Sin embargo, se acepta una reducción de las cuantías mínimas para pilotes con grandes dimensiones de la sección transversal. Se debe prestar atención a pilotes que se encuentren sometidos a tracción cuando bajo un terremoto severo, se desarrolle la sobrerresistencia de la superestructura.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 6 - 163
6.6.2.2. Armadura longitudinal máxima
El área máxima de la armadura longitudinal total en zonas de formación potencial de rótulas plásticas en pilotes, deberá ser la especificada para columnas en el artículo 2.3.6.(b), y deberá disponerse según lo especificado en los artículos 2.3.6.(c) y (d).
6.6.2.3. Armadura transversal
La armadura transversal en pilotes, deberá cumplir con lo siguiente:
(a) En las zonas de formación potencial de rótula plástica, según lo especificado para columnas en los artículos 2.3.7.1.1.(a) y 2.3.7.2.1.(a).
(b) En las zonas adyacentes a la zona de formación potencial de rótula plástica, en una distancia igual a la mayor entre 3 veces el diámetro del pilote, 3 veces la altura total de la sección, o la longitud de la zona de formación potencial de rótula plástica, según lo especificado para zonas normales de las columnas en los artículos 2.3.7.1.1.(b) y 2.3.7.2.1.(b).
(c) En el resto del pilote, la separación entre ejes de zunchos o estribos no deberá ser mayor que el menor valor entre el diámetro para pilotes circulares, la altura útil de la sección transversal para pilotes rectangulares, o 600 mm.
C 6.6.2.3. Armadura transversal Los requerimientos para la armadura transversal están en general de acuerdo con lo establecido para columnas, pero se admite un relajamiento para las armaduras transversales ubicadas en pilotes largos para secciones bien alejadas de la zona de formación potencial de rótulas plásticas.
6.6.3. Cabezales de pilotes
Cuando tengan que ser transmitidos momentos inducidos por la acción sísmica a la intersección de columnas y cabezales de pilotes, deberá diseñarse esta zona como un nudo viga-columna, de acuerdo con lo especificado en el artículo 2.4.
C 6.6.3. Cabezales de pilotes Cuando se espera que los pilotes absorban momentos de una columna que está siendo soportada, posiblemente con una rótula plástica con desarrollo de sobrerresistencia, deberá considerarse el efecto del gran gradiente de momentos. Esto requiere el tratamiento de la unión columna cabezal como un nudo viga–columna, de acuerdo con el artículo 2.4.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 6 - 164
CAPÍTULO 7. ESTRUCTURAS CON DUCTILIDAD LIMITADA
7.0. SIMBOLOGÍA
Ab área de la sección de una barra longitudinal individual, en mm2.
Ac área del núcleo confinado de hormigón medida desde el perímetro externo de los estribos, en mm2.
Ag área bruta de la sección transversal, en mm2. Ar relación de aspecto de un tabique (Ar = hw⁄Lw). As armadura longitudinal inferior en vigas, en mm2. A´s armadura longitudinal superior en vigas, en mm2. Ash área total efectiva de estribos y estribos suplementarios de una rama en una de las
direcciones principales de la sección transversal, en mm2.
Ast armadura longitudinal total de columna, en mm2.
Ate área de la sección de una rama de estribo, en mm2.
H
altura total de la construcción, en mm.
Lw longitud de un tabique, en mm.
MEc momento en columnas producido exclusivamente por la acción sísmica horizontal, en Nmm.
ME1 momento producido exclusivamente por la acción sísmica horizontal, en las columnas del primer piso, en Nmm.
Mu resistencia requerida a flexión, o momento último, en Nmm.
PoE esfuerzo axial de una columna, inducido sólo por las fuerzas sísmicas horizontales, en N.
PG esfuerzo axial de una columna, derivado sólo de las cargas gravitatorias, en N.
Pu esfuerzo axial último en columnas, en N.
R
factor de reducción, según el Reglamento INPRES-CIRSOC 103 – Parte I
“CONSTRUCCIONES EN GENERAL”.
Rm factor de reducción de momento en columnas.
Rv factor de reducción de carga axial en columnas. V ce capacidad al corte de columnas elásticas, en N.
V cp capacidad al corte de columnas plásticas, en N.
VEc esfuerzo de corte en columnas derivado de las fuerzas sísmicas horizontales, en N.
Vu resistencia requerida a corte, o corte último, en N.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 165
c
profundidad del eje neutro, en mm.
cc profundidad crítica del eje neutro, en mm.
d
altura útil de la sección. Distancia entre la fibra comprimida extrema y el baricentro
de la armadura longitudinal traccionada, en mm.
db diámetro de una barra longitudinal, en mm.
d'' diámetro del núcleo confinado de una columna circular medido desde el eje de los estribos circulares o en espiral, en mm.
f´c resistencia especificada a la compresión del hormigón, en MPa. Según el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
fy
tensión de fluencia especificada de la armadura longitudinal (corresponde al límite
de fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
fyt tensión de fluencia especificada de la armadura transversal (corresponde al límite de fluencia nominal de la Norma IRAM-IAS), en MPa.
h'' dimensión del núcleo de hormigón confinado de una sección rectangular, medido perpendicular a la dirección de las ramas de los estribos de confinamiento, en mm.
hb altura de la viga, en mm.
hi
menor altura de piso, en mm.
ka factor que depende del tamaño máximo del agregado.
m
relación definida como: m = fy ⁄ (0,85 f´c).
s
separación de la armadura transversal tomada en dirección paralela al eje
longitudinal del componente, en mm.
vb tensión de corte básica, en MPa.
vc
tensión nominal de corte provista por el hormigón, en MPa.
vn tensión de corte nominal total, en MPa.
factor de reducción de resistencia.
bo factor de sobrerresistencia flexional de vigas.
ow factor de sobrerresistencia flexional en tabiques.
ωv factor de amplificación dinámica para tabiques.
l
cuantía de la armadura vertical del sector considerado en tabiques.
s cuantía volumétrica de estribos circulares o en espiral.
t
cuantía de la armadura longitudinal total de columna ( t = Ast ⁄Ag ).
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 166
7.1. CAMPO DE VALIDEZ
Las prescripciones contenidas en este Capítulo deberán aplicarse al diseño de estructuras o elementos estructurales que puedan estar sujetos a demandas de ductilidad reducidas (R ≤ 3,5), en comparación a las estructuras con ductilidad completa.
El diseñador puede optar por este recurso cuando la estructura posea una resistencia mayor a la mínima estipulada para estructuras con ductilidad completa, o no posea suficiente capacidad de ductilidad de desplazamiento, o sea inapropiada como para poder considerarla con ductilidad completa.
C 7.1. CAMPO DE VALIDEZ
Se espera que los diseñadores estén familiarizados con las estructuras con ductilidad completa actuando como sistemas principales resistentes a las acciones sísmicas
horizontales tales como pórticos, tabiques sismorresistentes en voladizo y acoplados, y combinaciones de pórticos y tabiques. Ciertas estructuras o elementos individuales pueden considerarse y diseñarse con ductilidad limitada si el comportamiento bajo estas condiciones
se adapta mejor a la naturaleza estructural de los edificios.
Las estructuras con ductilidad limitada están diseñadas para, o poseen una resistencia suficiente para, soportar acciones sísmicas entre los niveles correspondientes a la respuesta elástica y la respuesta con ductilidad completa. Para los propósitos establecidos en este Reglamento, a las estructuras o a los elementos estructurales con ductilidad limitada se les asigna un factor de reducción R mayor que 1,50 pero no mayor que 3,50 (1,50 < R ≤ 3,50).
Hay muchas estructuras con resistencia mayor que la requerida para estructuras con ductilidad completa, por ejemplo:
(a) Estructuras con tabiques sismorresistentes de los tipos mostrados en la Figura C7.1.(b) y (e), las que a menudo tienen importante resistencia en exceso disponible para resistir las acciones sísmicas horizontales.
(b) El diseño de componentes de pórticos, como los que se muestran en la Figura C7.1.(d), a menudo es controlado por el estado de carga gravitatoria, en vez de la acción sísmica.
En tales situaciones, el diseñador puede sacar ventaja de la resistencia en exceso disponible y utilizar simplificaciones, en el diseño y detallado, apropiadas para una demanda de ductilidad reducida.
El diseño de estructuras del tipo que se muestra en la Figura C7.1.(a), puede no cumplir con el concepto de “columna fuerte-viga débil”. Los requerimientos arquitectónicos y/o el predominio de la carga gravitatoria puede resultar en importantes vigas con sobrerresistencias muy grandes para ser absorbidas por columnas significativamente menores. En tales situaciones puede preferirse, o incluso ser inevitable, la adopción de un mecanismo de colapso de traslación lateral de piso (piso débil) y diseñar la estructura con ductilidad limitada.
Existen también ciertos tipos de estructuras o elementos dentro de la estructura que no
pueden, o no deberían, ser diseñados para responder con ductilidad completa. Un diseño basado en una capacidad limitada de ductilidad, puede ser más apropiado para estos tipos de estructuras. Esto puede compensar también las incertidumbres en el modelo analítico de
la estructura y en el comportamiento esperado bajo altas demandas de ductilidad. Tales sistemas incluyen a tabiques sismorresistentes con aberturas dispuestas en forma irregular,
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 167
como el que se muestra en la Figura C7.1.(d), o el de la Figura C7.1.(b) donde no es fácil distinguir entre el comportamiento de un pórtico o el de un tabique con aberturas.
El tabique en la Figura C7.1.(d), controla la deformación lateral de la estructura. El pórtico mostrado en la misma figura, en virtud de su posición, está soportado lateralmente por el tabique y se deformará típicamente requiriendo sólo una capacidad limitada de ductilidad.
Las acciones requeridas que controlan el comportamiento para ciertas estructuras ubicadas en zonas de baja sismicidad, o incluso en zonas de mediana sismicidad, como la que se muestra en la Figura C7.1.(f), pueden resultar las correspondientes al viento y no al sismo. Aún en construcciones altas en zonas de alta sismicidad puede ocurrir que las exigencias de rigidez para controlar las deformaciones impidan desarrollar ductilidad completa. En estos casos, el exceso de resistencia provista sobre la requerida para una respuesta sísmica con ductilidad completa, podría conducir a demandas reducidas de ductilidad en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas. Por lo tanto, se justifica relajar los requerimientos de detallado.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Figura C7.1. Sistemas estructurales con ductilidad limitada.
7.2. REQUISITOS GENERALES
7.2.1. El diseño de estructuras o elementos estructurales con ductilidad limitada, deberá satisfacer los requerimientos especificados en los Capítulos 1 al 6 de esta Parte II, a menos que sean expresamente modificados en este Capítulo.
7.2.2. Los sistemas estructurales siguientes, podrán diseñarse de acuerdo con las condiciones establecidas en este Capítulo:
(a) Sistemas de tabiques sismorresistentes (individuales o acoplados).
(b) Pórticos sismorresistentes con mecanismo de colapso de vigas (rotulación plástica sólo en vigas con excepción de las columnas del último piso y de la sección inferior de las columnas del primer piso).
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 168
(c) Pórticos sismorresistentes con mecanismo de colapso de viga parcial (rotulación plástica en capitel y base de algunas columnas).
(d) Pórticos sismorresistentes con mecanismo de colapso de piso débil (rotulación plástica en capitel y base de todas las columnas del piso).
(e) Sistemas pórtico-tabique sismorresistentes.
C 7.2. REQUISITOS GENERALES
Para disipar energía sísmica por deformaciones inelásticas, el diseñador debe establecer un mecanismo de colapso cinemáticamente admisible. Más aún, si los elementos individuales de las estructuras se detallan de acuerdo con lo especificado en este Capítulo, el diseñador deberá asegurar que las demandas de ductilidad en los elementos se satisfagan.
Hay diferentes métodos para cuantificar las demandas de ductilidad. La habilidad de un sistema estructural de soportar desplazamientos inelásticos, típicamente se cuantifica por la ductilidad global. En las rótulas plásticas, las rotaciones plásticas que se desarrollan en los componentes pueden cuantificarse por la ductilidad de curvatura. Sin embargo, los requerimientos de detallado en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas que se prescriben en este Reglamento, son tales que, como regla general, no necesitan evaluarse las ductilidades de curvatura. Si el sistema estructural elegido está dentro de los especificados en el artículo 7.2.2., se puede admitir que las demandas de ductilidad del sistema, o de los componentes específicos, estarán cubiertas por las prescripciones establecidas en este Capítulo.
7.3. PÓRTICOS SISMORRESISTENTES
7.3.1. Mecanismo de colapso
7.3.1.1. Pórticos con mecanismo de colapso de vigas
En el caso de pórticos donde el mecanismo de colapso elegido se basa en el desarrollo de rótulas plásticas en vigas solamente, con la excepción de las columnas del último piso y de la sección inferior de las columnas del primer piso, las resistencias requeridas en las columnas deberán tener en cuenta los efectos siguientes:
(a) Sobrerresistencia posible de las vigas.
(b) Simultaneidad de las acciones sísmicas en dos direcciones ortogonales.
(c) Amplificación de los momentos en las columnas debido a los efectos dinámicos.
Las prescripciones contenidas en este Capítulo podrán aplicarse cuando el factor de
reducción R no sea mayor que 3,5 (R ≤ 3,5). El factor de reducción R deberá tener en cuenta el aumento en la demanda de ductilidad local en las rótulas plásticas de vigas que no
se desarrollen en la cara de las columnas (ver artículo C 7.3.1.1.).
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 169
C 7.3.1.1. Pórticos con mecanismo de colapso de vigas
El diseño de pórticos con un mecanismo de tipo “columna fuerte−viga débil” usando un factor de reducción R ≤ 3,5, debería basarse en los mismos principios que se aplican para las estructuras con ductilidad completa con el mismo mecanismo de colapso. Se admite que se cumple con lo requerido en este artículo cuando las solicitaciones requeridas en las columnas se determinan como en el caso de estructuras con ductilidad completa.
Cuando a causa del predominio de la carga gravitatoria en una viga, o por una opción de diseño, las rótulas plásticas se desarrollan en el tramo, alejadas de la cara de la columna, se incrementarán las demandas de ductilidad local en las rótulas plásticas. Dos ejemplos de este caso se muestran en la Figura C7.2.
c
c
L*
L*
b
b
L
L
Figura C7.2. Vigas con rótulas plásticas ubicadas en el tramo.
Las rotaciones de nudos rígidos ( c)
las rótulas plásticas ( b) amplificadas por el factor:
pueden
aproximarse
por
las
rotaciones
de
los
m=
L L*
≥
1,0
donde L es la luz de la viga (medida entre ejes de las columnas), y L* es la distancia entre las rótulas plásticas.
De la relación efectiva en las
entre los ángulos rótulas plásticas
u bcicya d ba,s
es en
evidente el tramo
que de
la la
correspondiente si las rótulas plásticas se produjeran en las
demanda de ductilidad local
cvaigraas mde,
se las
relaciona con columnas ,
la en
aproximadamente:
m = m
Si la demanda de ductilidad local efectiva en las rótulas plásticas ubicadas en el tramo de la
vpirgoadu cmir,íasesi
debe mantener dentro del orden las rótulas plásticas se ubicaran
de en
la demanda de ductilidad local que las caras de las columnas, usando
se la
aproximación de que una mayor resistencia con respecto a las fuerzas laterales dará como
resultado una reducción proporcional en la demanda de ductilidad, se debería adoptar un
fator de reducción de resistencia efectivo:
Rm
=
R m
Se considera suficiente aproximación, utilizar el valor promedio de las relaciones m para todas las vigas del sistema estructural.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 170
Esto significa que:
(i) Cuando la estructura aporticada, con mecanismo de colapso del tipo “columna fuerte– viga débil”, se diseñe para desarrollar ductilidad completa (R > 3,5) según el Capítulo 2, el factor de reducción efectivo de la estructura deberá limitarse a:
Rm ≤
7 m
≤
7
(ii) Cuando la estructura aporticada, con mecanismo de colapso del tipo “columna fuerte– viga débil”, se diseñe para desarrollar ductilidad limitada (R ≤ 3,5) según el Capítulo 7, el factor de reducción efectivo de la estructura deberá limitarse a:
Rm ≤
3,5 m
≤
3,5
(iii) Cuando la estructura aporticada, con mecanismo de colapso del tipo “columna fuerte– viga débil”, se diseñe para desarrollar ductilidad limitada (R ≤ 3,5), y las rótulas en vigas se desarrollen alejadas de las caras de las columnas de forma que R m > 3,5, las vigas deberán detallarse para ductilidad completa según el Capítulo 2.
7.3.1.2. Pórticos con mecanismo de colapso de piso débil
En estructuras aporticadas donde se prevea la formación de un mecanismo de colapso del tipo piso débil, con rotulación plástica en capitel y base de todas las columnas del piso, el número de pisos no podrá ser mayor que 3 y la altura máxima no podrá superar 12 m. Se permitirá un piso adicional liviano, siempre que su peso total sea menor que 1,50 kPa veces el área del piso.
Para mecanismos de colapso tipo piso débil, el factor de reducción R, deberá ser:
R
≤
1 + 2,5
hi H
[7 - 1]
a menos que se detalle la estructura de acuerdo con lo especificado en el Capítulo 2 de esta Parte II, en cuyo caso el factor de reducción R, deberá ser:
R
≤
1+5
hi H
[7 - 2]
Donde hi es la menor altura de piso, y H es la altura total de la construcción, medida desde la base hasta el máximo nivel que posea un diafragma de hormigón.
C 7.3.1.2. Pórticos con mecanismo de colapso de piso débil
Las limitaciones en la altura de una estructura con mecanismo de colapso tipo “piso débil” se basan en el comportamiento insatisfactorio observado ante terremotos destructivos que a menudo resulta en colapso.
El diseño de los componentes de pórticos con mecanismo de colapso tipo “piso débil” puede hacerse de acuerdo con lo establecido en este Capítulo 7, o con lo establecido en el Capítulo 2. La utilización de uno u otro depende de la relación entre la altura menor de piso y la altura total hi⁄H, del factor de reducción R, y de la opción de detallado.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 171
Nótese que un “piso débil” puede ocurrir en cualquier piso, a menos que la estructura sea específicamente diseñada para que esto no ocurra. Por lo tanto, es necesario prestar atención a la formación de un “piso débil” y al detallado apropiado. Mientras menor sea la altura del piso, mayor será la demanda de ductilidad local en las columnas y, por lo tanto, esta mayor demanda de ductilidad local controlará la ductilidad global de la estructura.
La aplicación de las expresiones [7-1] y [7-2] muestran que:
(a) Para pórticos de un piso, cualquiera sea su altura, resulta hi⁄H = 1,00. Luego:
(i) Si el diseñador quiere utilizar las prescripciones contenidas en este Capítulo 7, según la expresión [7-1], el factor de reducción deberá ser:
R
≤
1 + 2,5
hi H
= 3,50
(ii) Si el diseñador quiere utilizar las prescripciones contenidas en el Capítulo 2, según la expresión [7-2], el factor de reducción deberá ser:
R
≤
1+5
hi H
= 6,00
(b) Para pórticos de dos pisos, por ejemplo, con una altura máxima de 7,70 m y una altura menor de piso de 3,00 m, resulta hi⁄H = 0,39. Luego:
(i) Si el diseñador quiere utilizar las prescripciones contenidas en este Capítulo 7, según la expresión [7-1], el factor de reducción deberá ser:
R
≤
1 + 2,5
hi H
= 2,00
(ii) Si el diseñador quiere utilizar las prescripciones contenidas en el Capítulo 2, según la expresión [7-2], el factor de reducción deberá ser:
R
≤
1+5
hi H
= 3,00
Aunque las acciones sísmicas requeridas para este pórtico corresponden a R = 3,00, el detallado establecido en este Capítulo no es suficiente para proveer la capacidad de ductilidad requerida en las columnas del “piso débil”. Por lo tanto, deberá aplicarse el detallado especificado en el Capítulo 2.
(c) Para pórticos de tres pisos, por ejemplo, con una altura máxima de 10,00 m y una altura menor de piso de 3,00 m, resulta hi⁄H = 0,30. Luego:
(i) Si el diseñador quiere utilizar las prescripciones contenidas en este Capítulo 7, según la expresión [7-1], el factor de reducción deberá ser:
R
≤
1 + 2,5
hi H
= 1,75
(ii) Si el diseñador quiere utilizar las prescripciones contenidas en el Capítulo 2, según la expresión [7-2], el factor de reducción deberá ser:
R
≤
1+5
hi H
= 2,50
(iii) El diseñador puede adoptar una respuesta esencialmente elástica, y utilizar los criterios del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005, el factor de reducción deberá ser:
R ≤ 1,50
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 172
Este artículo le da al Diseñador Estructural la flexibilidad para elegir la geometría del pórtico, las preferencias en el detallado y los niveles de resistencia ante las acciones sísmicas.
7.3.1.3. Pórticos con mecanismo de colapso de viga parcial
El mecanismo de colapso de viga parcial incorpora algunas columnas que desarrollan en cualquier piso, simultáneamente, rótulas plásticas en capitel y base, mientras que un número suficiente de columnas del mismo piso permanecen elásticas. Las columnas que permanecen elásticas, deberán ubicarse de modo que la estructura conserve capacidad de soportar efectos torsionales.
La capacidad al corte de las columnas inelásticas se determinará considerando la sobrerresistencia flexional desarrollada en las rótulas plásticas en los extremos de las columnas. Las columnas elásticas deberán tener una resistencia flexional adecuada para absorber, sin fluencia, los momentos desarrollados en las rótulas plásticas de las vigas adyacentes, considerando su sobrerresistencia a flexión, y teniendo en cuenta la amplificación dinámica de los momentos en los extremos de las columnas.
El factor de reducción R adoptado, deberá ser:
R
≤
12
∑ V ce ∑ V ce + ∑ V cp
[7 - 3]
Donde V ce es la capacidad al corte de las columnas elásticas, y V cp es la capacidad al corte de las columnas inelásticas. La sumatoria ∑ se extiende sobre todas las columnas del piso, por lo tanto, el término (∑ V ce + ∑ V cp) es el corte total de piso a desarrollar. Deberá adoptarse el factor de reducción R como el promedio de los valores obtenidos con la
expresión [7-3] para todos los niveles de la estructura.
Podrá utilizarse lo estipulado en este Capítulo 7, sólo cuando el factor de reducción R adoptado no sea mayor que 3,5 (R ≤ 3,5). Para evaluar las solicitaciones de las columnas, deberán aplicarse los procedimientos especificados en el artículo 7.3.3.1.
Deberá utilizarse lo estipulado en el Capítulo 2, cuando el factor de reducción R adoptado sea mayor que 3,5 (R > 3,5), y no deberá adoptarse mayor que 7 (R ≤ 7).
C 7.3.1.3. Pórticos con mecanismo de colapso de viga parcial
Se permite que un número limitado de columnas en un piso, particularmente en el caso de pórticos dúctiles controlados por la carga gravitatoria, desarrollen rótulas plásticas simultáneas en capitel y base. Debe prevenirse la posible formación de un “piso débil” en cualquier nivel, excepto en el superior, asegurando que un número suficiente de componentes estructurales verticales, tales como columnas y/o tabiques permanezcan elásticos.
El factor de reducción R deberá determinarse según la expresión [7-3]. Donde V ce es el corte que puede desarrollarse en la columna elástica teniendo en cuenta las rótulas
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 173
plásticas de las vigas adyacentes desarrollando su sobrerresistencia flexional, según el artículo 2.3.8.1.2. para estructuras con ductilidad completa, o según el artículo 7.3.3.1. para estructuras con ductilidad limitada. Y V cp es el corte, determinado por capacidad, en las columnas que desarrollan rótulas plásticas en capitel y base.
El propósito de limitar el factor de reducción R, según la expresión [7-3], es triple:
(1) Los pórticos con mecanismo de colapso de viga parcial pueden necesitar diseñarse con acciones sísmicas mayores que las correspondientes a la máxima ductilidad (R ≤ 7), debiendo aplicarse lo especificado en el Capítulo 2.
(2) Cuando se estima que el factor de reducción del sistema es R ≤ 3,5, puede utilizarse lo especificado en este Capítulo 7 para estructuras con ductilidad limitada.
(3) La expresión [7-3] indica que, cuando en edificios con mecanismo de colapso de viga parcial, la relación entre el corte de las columnas elásticas y el corte total de piso a deseesnacrrioalllmaren(terve)lásetiscamdeenlaoresotrucigtuuraal. que 0,125, debe considerarse la respuesta
En la Figura C7.3. se muestran las interpretaciones que conducen a la clasificación de estructuras de acuerdo con este enfoque, a continuación, se da una explicación detallada de cada uno de los ejemplos mostrados.
(a) Las columnas interiores de un pórtico controlado por la carga gravitatoria, ver la Figura C7.3.(a), pueden diseñarse para que desarrollen rótulas plásticas en capitel y base. El corte en la columna basado en criterios de capacidad es V cp.
Las dos columnas exteriores de este pórtico se diseñan para que permanezcan elásticas absorbiendo la capacidad de momentos de las vigas adyacentes cuando estas desarrollan su sobrerresistencia flexional en las rótulas plásticas, teniendo en cuenta también los factores apropiados de amplificación dinámica de los momentos de las columnas. El corte desarrollado por los momentos extremos en estas columnas elásticas es V ce.
El valor correspondiente de la relación entre el corte de las columnas elásticas y el corte
total de ser del
piso a orden
desarrollar de 1,50 V
(crev.)
se muestra en la Figura C7.3.(a). Típicamente V cp puede Así rv = 0,40 y R = 4,80 . El pórtico debe diseñarse y
detallarse para ductilidad completa, según el Capítulo 2, usando las acciones sísmicas
correspondientes a R = 5.
(b) Un edificio con más de tres pisos que esté estructurado con un número de pórticos idénticos a los mostrados en la Figura C7.3.(b), no es admisible como regla general.
Tales estructuras con menos de 3 pisos o 12 m como máximo, se consideran en el artículo 7.3.1.2.
(c) Un edificio compuesto de pórticos iguales a los de la Figura C7.3.(c), debe diseñarse
con un factor de reducción R bajo, porque disminuye la confiabilidad para controlar el
desarrollo de un “piso débil” por tener unas pocas columnas elásticas. Por ejemplo, si se
supone que V cp = 1,50 V ce sísmicas requeridas deberán
,coerrlesvpaolonrdedrearuvn=fa0c,2to5r.
De esta manera de reducción R = 3.
las Sin
acciones embargo,
los componenetes del pórtico pueden diseñarse con ductilidad limitada, de acuerdo con
lo establecido en este Capítulo 7.
(d) En sistemas pórticos–tabiques, en general, se pueden lograr mecanismos de colapso
con rótulas plásticas en los extremos de las columnas. La Figura C7.3.(d) muestra un
número n de pórticos interiores con rótulas plásticas en capitel y base de todas las
columnas de todos los pisos, y dos tabiques sismorresistentes exteriores con rótulas
plásticas en capacidad al
sus bases. corte de los
El valor tabiques
dVewrev,,
teniendo en probable sea
cuenta alguna estimación para mayor que 0,50 (rv > 0,50).
la
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 174
Así, puede utilizarse el máximo factor de reducción R del sistema, controlado por el factor de reducción de los tabiques. También pueden utilizarse tabiques junto con pórticos como los mostrados en las Figuras C7.3.(a) y (c).
V ce
V cp
V cp
V ce
V ce
(a)
V cp rv = 2
2 V ce (V ce+ V cp)
V cp
V cp
V cp
V cp
(b) rv = 0
V ce
V cp
V cp
V cp
V cp
V ce V ce
V ce
V cp
V cp
V cp
V cp
V ce
(c)
rv
=
2
2 V ce V ce+ 4 V
cp
V we
V cp
V cp
V cp
“2 tabiques”
“n pórticos”
V we
V cp
V cp
V cp
(d)
rv =
2 V we 2 V we+ 3nV cp
> 0,50
V ce1 V ce2 V ce2 V ce2 V ce1 V cp
V cp
“2 pórticos”
V cp “n pórticos”
(e)
2 (2V ce1+ 3V ce2) rv = 4V ce1+ 6V ce2+ 3nV cp
Figura C7.3. Pórticos con mecanismo de colapso de viga parcial.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 175
(e) Una alternativa particularmente ventajosa combina un número n de pórticos interiores
controlados por la carga gravitatoria, con dos pórticos exteriores perimetrales
controlados por la acción sísmica y, por lo tanto, del tipo “columna fuerte–viga débil”. Un
ejemplo de esto se muestra esquemáticamente en la Figura C7.3.(e). Si, en este
ejemplo particular, se supone que los esfuerzos de corte en las columnas tienen los
valores siguientes: V cp = 1,00, V ce1 estructura entonces podrá diseñarse
= 0,60, con un
V ce2 = 1,20, y n = 3, resultará factor de reducción R = 6.
rv
=
0,52.
La
En el proceso rutinario de diseño se determinará primero la resistencia de las columnas rotuladas a fin de satisfacer los requerimientos de corte inducidos por la carga gravitatoria y por la acción sísmica. De esta manera, se tendrán disponibles los valores de V cp. Si se ha elegido un factor de reducción R para la estructura para la determinación de las acciones sísmicas requeridas, puede encontrase rápidamente la resistencia total requerida para los componentes verticales elásticos ∑ V ce que satisfaga la expresión [7-3]:
∑ V ce ≥
R 12 - R
∑ V cp
Alternativamente, puede evaluarse la resistencia de las columnas elásticas en términos de los esfuerzos de corte V ce y los correspondientes a las columnas rotuladas V cp y determinarse el factor rv . A continuación, puede encontrase el factor de reducción R y compararlo con el que corresponde al sistema estructural adoptado.
Los componentes verticales elásticos provistos para prevenir el desarrollo de un piso flexible, deberían ubicarse, preferentemente, en la periferia del sistema estructural para asegurar una adecuada estabilidad torsional durante la respuesta dúctil.
El diseño de las columnas, que se intenta permanezcan elásticas, deberá tener en cuenta los efectos enunciados en el artículo 7.3.1.1.
7.3.1.4. Consideraciones en el diseño de vigas
Cuando se espera que las columnas desarrollen rótulas plásticas, se pueden presentar dos situaciones respecto a las vigas adyacentes:
(a) Vigas adyacentes con rótulas plásticas, deberán diseñarse según el artículo 7.3.2. para estructuras con ductilidad limitada (R ≤ 3,5), o según el artículo 2.2. para estructuras con ductilidad completa (R > 3,5).
(b) Vigas cuya resistencia nominal a flexión es mayor que la resistencia requerida por el momento impartido por las rótulas plásticas de las columnas en el desarrollo de su sobrerresistencia flexional. En este caso las vigas podrán diseñarse de acuerdo con lo especificado en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
C 7.3.1.4. Consideraciones en el diseño de vigas
Si la resistencia de las vigas que concurren a columnas con rótulas plásticas en sus extremos es comparable con la resistencia de las columnas, es también posible que se
plastifiquen las vigas. Tales vigas deberán entonces diseñarse, si el factor de reducción R > 3,5, de acuerdo con lo estipulado en el Capítulo 2. Cuando el factor de reducción R ≤ 3,5, podrán emplearse las modificaciones introducidas en este Capítulo 7.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 176
Cuando las vigas se hayan diseñado a partir de la capacidad de las columnas y, por lo tanto, tengan una resistencia mayor que las solicitaciones impartidas por éstas al desarrollar su sobrerresistencia flexional, se elimina la posibilidad de rotulación bajo las situaciones más adversas. Tales vigas pueden diseñarse de acuerdo con lo estipulado en el Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
Los esfuerzos de corte inducidos por la acción sísmica en las vigas, deberán basarse en los momentos impartidos por las rótulas plásticas de las columnas adyacentes sin amplificación dinámica.
Los nudos viga-columna deberán diseñarse de acuerdo con lo estipulado en el Capítulo 2, o en este Capítulo 7, según corresponda.
Cuando se permitan rótulas plásticas en columnas, los empalmes por yuxtaposición deberán ubicarse a mitad de altura en la columna.
7.3.2. Diseño de vigas
7.3.2.1. Resistencia nominal a flexión - Mnb -
La resistencia nominal a flexión Mnb de las secciones transversales de vigas, deberá basarse en lo establecido en el artículo 10.2. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005.
7.3.2.2. Limitaciones dimensionales Las dimensiones de las vigas deberán limitarse de acuerdo con el artículo 2.2.1.
7.3.2.3. Longitud de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas (zonas críticas)
Las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en vigas, deberán ser las especificadas en el artículo 2.2.4.
7.3.2.4. Armadura longitudinal 7.3.2.4.1. La armadura longitudinal en vigas deberá cumplir:
(a) En cualquier sección de una viga dentro de una zona de potencial formación de rótulas
plásticas, el área de la armadura longitudinal comprimida (A´s) deberá ser al menos igual a 3/8 veces el área de la armadura longitudinal traccionada (As). Se exceptúa el caso de secciones de vigas T o L coladas in situ con la losa, cuando la armadura de
compresión se ubique dentro de la altura del ala en compresión en una sección
sometida a momento positivo. Se exceptúa el caso de vigas con armadura distribuida en
las caras laterales.
(b) Con lo especificado en los artículos 2.2.5.(a), (c), (d), y (e).
7.3.2.4.2. Las vigas de sección T y L construidas monolíticamente con las losas deberán diseñarse de acuerdo con los artículos 2.2.3.2.2., 2.2.3.2.3., y 2.2.3.2.4.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 177
C 7.3.2.4. Armadura longitudinal
Se requiere armadura longitudinal de compresión para mejorar la capacidad de ductilidad de curvatura de las zonas de formación potencial de rótulas plásticas y para proveer alguna capacidad a tracción por inesperadas reversiones de momentos. No es necesario en vigas con ductilidad limitada, la misma cantidad de armadura comprimida que en vigas con ductilidad completa. En todo lo demás, es aplicable lo especificado en el artículo 2.2.5.
7.3.2.5. Armadura transversal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
Deberá disponerse armadura transversal en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en vigas de acuerdo con lo siguiente:
(a) En las zonas de formación potencial de rótulas plásticas definidas en los artículos 2.2.4. (a) y (b), la separación entre ejes de estribos, cerrados y de una rama, a lo largo de cualquier barra longitudinal en compresión a ser restringida para evitar el pandeo, no deberá ser mayor que d/4 o 10 veces el diámetro de la menor barra longitudinal (10 db).
(b) En la zona de formación potencial de rótula plástica definida en el artículo 2.2.4. (c), la separación entre ejes de estribos, cerrados y de una rama, no deberá ser mayor que d/3 o 10 veces el diámetro de la menor barra longitudinal (10 db) a ser restringida.
(c) En todos los otros aspectos, deberá cumplirse con lo especificado en el artículo 2.2.6.
C 7.3.2.5. Armadura transversal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas Como en el caso de vigas con ductilidad completa la armadura transversal tiene la función, entre otras, de prevenir el pandeo de las barras longitudinales cuando estén sometidas a compresión y proveer confinamiento. Como se esperan reducciones en las deformaciones inelásticas del acero en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en vigas con ductilidad limitada, se ha relajado la separación de la armadura transversal. En todo lo demás, la armadura transversal deberá cumplir con lo especificado en el artículo 2.2.6.
7.3.2.6. Diseño a corte
7.3.2.6.1. Resistencia requerida a corte - Vu Para la determinación de los esfuerzos de corte último (Vu ) en vigas, se seguirán los criterios del diseño por capacidad. Deberán considerarse las solicitaciones correspondientes al desarrollo de la sobrerresistencia flexional, junto con las cargas gravitatorias mayoradas según las combinaciones de estados de carga del artículo 1.3.
C 7.3.2.6.1. Resistencia requerida a corte - Vu -
El diseño de vigas con ductilidad limitada para corte sigue los criterios generales para vigas con ductilidad completa según los artículos 2.2.7.1. y C 2.2.7.1.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 178
7.3.2.6.2. Máxima resistencia requerida a corte
El esfuerzo de corte último (Vu) en vigas no necesita ser mayor que el correspondiente a la respuesta esencialmente elástica de la estructura (R = 1,50). En este caso, se utilizará en conjunto con el factor de reducción de resistencia ( ) definido según el artículo 1.5.1.2. para solicitación de corte. Adicionalmente, deberá cumplirse con el artículo 2.2.7.2.(a).
C 7.3.2.6.2. Máxima resistencia requerida a corte
Para la resistencia requerida a corte en vigas, resultante de la acción gravitatoria mayorada y del desarrollo de la sobrerresistencia flexional frente al sismo, se ha tomado un límite superior igual al correspondiente a la respuesta esencialmente elástica de la estructura (R = 1,50). Adicionalmente, deberá cumplirse con lo especificado en el artículo 2.2.7.2.(a).
7.3.2.6.3. Contribución del hormigón a la resistencia a corte
En las zonas de formación potencial de rótulas plásticas definidas en el artículo 2.2.4., cuando el factor de reducción R no sea mayor que 3,5, la tensión nominal de corte provista por el hormigón deberá tomarse como:
vc = 0,50 kavb ≥ 0
[7 - 4]
C 7.3.2.6.3. Contribución del hormigón a la resistencia a corte
En las zonas de formación potencial de rótulas plásticas de componentes con ductilidad
limitada, la degradación de la resistencia al corte se espera que sea menos severa que en
zonas similares de componentes con ductilidad completa. Se acepta que la tensión nominal
de no
scíosrmteicparsov(kisatavbp)o. r
el
hormigón
vc
sea
igual
a
la
mitad
de
la
correspondiente
a
situaciones
7.3.2.6.4. Armadura diagonal en zonas de formación potencial de rótulas plásticas
Cuando se apliquen los requerimientos establecidos en este Capítulo, no es necesario cumplir con lo establecido en los artículos 2.2.7.2.(b) y 2.2.8.2.
7.3.3. Diseño de columnas
7.3.3.1. Resistencias requeridas
7.3.3.1.1. Generalidades
El método para la determinación de las resistencias requeridas, o solicitaciones últimas, en columnas de pórticos con ductilidad limitada, es una versión modificada de la presentada en el Capítulo 2 para pórticos con ductilidad completa. Por ello, lo especificado en el Capítulo 2 deberá cumplirse también en el caso de estructuras con ductilidad limitada, a excepción de lo que específicamente se modifique en este Capítulo.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 179
7.3.3.1.2. Resistencia requerida a flexión - Mu -
(i) El momento último (Mu) en las secciones extremas de columnas donde no se espera el desarrollo de rótulas plásticas, se determinará de acuerdo con:
(a) Para pórticos planos: Mu = 1,10 bo MEc - 0,30 hb Vu
[7 - 5]
(b) Para pórticos espaciales: Mu = 1,30 ob MEc - 0,30 hb Vu
[7 - 6]
(c) Para pórticos con ductilidad limitada, deberá tomarse Rm = 1,00.
Donde ( bo MEc) no necesita ser mayor que la suma del momento correspondiente a la respuesta esencialmente elástica de la estructura, y el momento producto de las cargas
gravitatorias en la columna (MGc) según las combinaciones de estados de carga del artículo 1.3., esto es (R⁄1,50) MEc + MGc.
(ii) El momento último (Mu) en las columnas del primer piso se determinará de acuerdo con:
(a) Para pórticos planos:
Mu = 1,20 ME1
[7 - 7]
(b) Para pórticos espaciales:
Mu = 1,35 ME1
[7 - 8]
7.3.3.1.3. Esfuerzo axial requerido - Pu -
El esfuerzo axial inducido en cualquier nivel, sólo por las acciones sísmicas horizontales se determinará con la expresión [2.3-13] con Rv = 1,00.
El esfuerzo axial último Pu, se obtendrá a partir de los esfuerzos axiales inducidos sólo por las acciones sísmicas horizontales PoE , en conjunto con los derivados de las cargas gravitatorias PG mayoradas según las combinaciones de estados de carga establecidas en el artículo 1.3., según la expresión [2.3-14].
7.3.3.1.4. Resistencia requerida a corte - Vu -
El esfuerzo de corte último (Vu) en columnas donde no se prevea la formación de rótulas plásticas en sus extremos, se determinará de acuerdo con:
(a) Para pórticos planos:
Vu = 1,10 ob VEc
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
[7 - 9]
Cap. 7 - 180
(b) Para pórticos espaciales:
Vu = 1,30 bo VEc
[7 - 10]
Donde ( ob VEc) no necesita ser mayor que VEc correspondiente a la respuesta esencialmente elástica de la estructura (R = 1,50).
Para las columnas del primer piso de pórticos planos o espaciales, Vu deberá determinarse con la expresión [2.3-23].
7.3.3.2. Resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial
La resistencia nominal a flexión y esfuerzo axial de las secciones transversales de columnas, deberá basarse en lo establecido en el artículo 10.2. del Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón – CIRSOC 201 – 2005 cuando se considera que toda la sección transversal contribuye a la resistencia del componente.
Cuando se considera que solamente contribuye el núcleo de hormigón confinado, la resistencia del componente deberá basarse en las relaciones tensión-deformación para el acero y el hormigón confinado.
7.3.3.3. Limitaciones dimensionales Las dimensiones de las columnas deberán limitarse de acuerdo con el artículo 2.3.1.
7.3.3.4. Longitud de la zona de formación potencial de rótulas plásticas
Las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en columnas y pilotes, deberán cumplir con lo especificado en el artículo 2.3.5.
7.3.3.5. Armadura longitudinal La armadura longitudinal en columnas y pilotes, deberá cumplir:
(a) La separación entre ejes de barras longitudinales a través de la sección transversal no será mayor que el mayor valor entre 200mm y 1/3 de la dimensión de la sección transversal en la dirección considerada para columnas rectangulares, o 1/3 del diámetro de la sección transversal para columnas circulares.
(b) Con lo especificado en los artículos 2.3.6.(a), (b), y (c).
7.3.3.6. Armadura transversal
Las columnas donde, según el mecanismo de colapso elegido, se espera la formación potencial de rótulas plásticas en al menos uno de los extremos, se identificará como columna plástica. Las columnas donde, según el mecanismo de colapso elegido, no se prevea la formación potencial de rótulas plásticas, se identificará como columna elástica.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 181
La armadura transversal en columnas y pilotes deberá disponerse según los siguientes artículos.
7.3.3.6.1. Columnas rectangulares
7.3.3.6.1.1. Columnas rectangulares plásticas
(a) Zonas Críticas: en las zonas donde, según el mecanismo de colapso elegido, se espera la formación potencial de rótulas plásticas cuya extensión se define en el artículo 2.3.5., cuando se usen estribos rectangulares con o sin estribos suplementarios de una rama:
(i) El área total efectiva de estribos y estribos suplementarios de una rama, en cada una de las direcciones principales de la sección transversal, no será menor que:
Ash =
( 1,00 - t m ) s h'' 3,30
Ag Ac
f´c fyt
Pu f´c Ag
-
0,0065
s h''
[7 - 11]
Donde Ag⁄Ac no deberá ser adoptado menor que 1,20, y cuando Ag⁄Ac ≥ 1,50
deberá aplicarse lo especificado en el artículo 2.3.7.3.; ( t m) no deberá tomarse mayor que 0,40; y deberá considerarse m = fy ⁄ (0,85 f´c).
(ii) El área de una rama de estribo en la dirección del pandeo potencial de la barra longitudinal no deberá ser menor que:
Ate
=
∑ Ab 96
fy fyt
s db
[7 - 12]
siendo ∑ Ab, la suma de las áreas de las barras longitudinales que se encuentran restringidas, por esa rama, para prevenir el pandeo.
(iii) La separación vertical entre capas de estribos no deberá exceder el menor valor
entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/4 de la menor dimensión de la sección transversal de la columna y 150mm.
(iv) Cada barra longitudinal (o conjunto de barras) deberá estar restringida lateralmente de acuerdo con lo especificado en el artículo 2.3.7.1.1.(a)(iv).
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas rectangulares plásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir:
(i) La cantidad de armadura trasversal no será menor que la requerida por la expresión [7-11], ni menor que:
Ate
=
∑ Ab 135
fy fyt
s db
[7 - 13]
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 182
(ii) La separación vertical entre capas de estribos no deberá exceder el menor valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/3 de la menor dimensión de la sección transversal de la columna y 150mm.
(iii) Cada barra longitudinal (o conjunto de barras) deberá estar restringida lateralmente por la esquina de un estribo cerrado con un ángulo menor que 135° o por un estribo suplementario de una rama, con excepción de los dos casos siguientes:
1- Las barras (o conjunto de barras) que se encuentren entre dos barras (o conjunto de barras) lateralmente restringidas por el mismo estribo, cuando la distancia entre las barras (o conjunto de barras) lateralmente restringidas no supere el mayor valor de 1/3 de la dimensión lateral adyacente de la sección transversal o 200 mm. El área tributaria de las barras longitudinales exceptuadas deberá incluirse en ∑ Ab de la expresión [7-13].
2- Las capas internas de barras dentro del núcleo de hormigón espaciadas más de 75 mm de la cara interna de los estribos.
7.3.3.6.1.2. Columnas rectangulares elásticas
(a) Zonas Críticas: en las columnas rectangulares donde, según el mecanismo de colapso elegido, no se prevea la formación potencial de rótulas plásticas, la armadura transversal a disponer en la extensión dada por el artículo 2.3.5. en ambos extremos, deberá cumplir:
(i) Lo especificado en el artículo 7.3.3.6.1.1.(b).(i). En el capitel de las columnas del primer piso y en la base de las columnas del último piso, en lugar de la expresión [7-13] deberá utilizarse la expresión [7-12].
(ii) La separación vertical entre capas de estribos no deberá exceder el menor valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/4 de la menor dimensión de la sección transversal de la columna y 150mm.
(iii) Cada barra longitudinal (o conjunto de barras) deberá estar restringida lateralmente de acuerdo con lo especificado en el artículo 2.3.7.1.1.(a)(iv).
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas rectangulares elásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir lo especificado en el artículo 7.3.3.6.1.1.(b).
7.3.3.6.2. Columnas circulares
7.3.3.6.2.1. Columnas circulares plásticas
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 183
(a) Zonas Críticas: en las zonas donde, según el mecanismo de colapso elegido, se espera la formación potencial de rótulas plásticas cuya extensión se define en el artículo 2.3.5., cuando se usen estribos circulares o en espiral:
(i) La cuantía volumétrica s no deberá ser menor que el mayor valor que se obtenga de la aplicación de las expresiones [7-14] y [7-15].
s =
( 1,00 - t m ) 2,40
Ag Ac
f´c fyt
Pu f´c Ag
-
0,0084
[7 - 14]
Donde Ag⁄Ac no deberá ser adoptado menor que 1,20, y cuando Ag⁄Ac ≥ 1,50
deberá aplicarse lo especificado en el artículo 2.3.7.3.; ( t m) no deberá tomarse mayor que 0,40; y deberá considerarse m = fy ⁄ (0,85 f´c).
s
=
Ast 110 d''
fy fyt
1 db
[7 - 15]
(iii) La separación vertical de estribos circulares o en espiral, no deberá exceder el menor
valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/4 del diámetro de la sección transversal del componente y 150mm.
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas circulares plásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir:
(i) La cantidad de armadura trasversal no será menor que la requerida por la expresión [7-14], ni menor que:
s
=
Ast 155 d''
fy fyt
1 db
[7 - 16]
(ii) La separación vertical de estribos circulares o en espiral, no deberá exceder el menor
valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/3 del diámetro de la sección transversal del componente y 250mm.
7.3.3.6.2.2. Columnas circulares elásticas
(a) Zonas Críticas: en las columnas circulares donde, según el mecanismo de colapso elegido, no se prevea la formación potencial de rótulas plásticas, la armadura transversal a disponer en la extensión dada por el artículo 2.3.5. en ambos extremos, deberá cumplir:
(i) Lo especificado en el artículo 7.3.3.6.2.1.(b).(i). En el capitel de las columnas del primer piso y en la base de las columnas del último piso, en lugar de la expresión
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 184
[7-16] deberá utilizarse la expresión [7-15].
(ii) La separación vertical de estribos circulares o en espiral, no deberá exceder el menor valor entre: 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db), y el mayor entre 1/4 del diámetro de la sección transversal del componente y 150mm.
(b) Zonas Normales: la zona central de las columnas circulares elásticas, fuera de la extensión dada por el artículo 2.3.5., la armadura transversal a disponer deberá cumplir lo especificado en el artículo 7.3.3.6.2.1.(b).
7.3.3.6.3. Ubicación del estribo La distancia entre el primer espiral o estribo en la columna, y el correspondiente dentro del nudo viga-columna, no excederá 10 veces el diámetro de la barra longitudinal de la columna (10 db) que restringe.
7.3.3.6.4. Contribución a la resistencia al corte Se admite que los estribos dispuestos de acuerdo con los artículos 7.3.3.6.1., y 7.3.3.6.2. contribuyen, además, a la resistencia al corte de la columna.
C 7.3.3.6. Armadura transversal
Como en el caso de columnas con ductilidad completa, se requiere que en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas en columnas con ductilidad limitada el núcleo de
hormigón esté confinado, se prevenga el pandeo de las barras longitudinales comprimidas, y que tengan una capacidad al corte provista por la armadura transversal. El diseño de la armadura transversal sigue el enfoque general especificado en el artículo 2.3.7.
Los artículos 7.3.3.6.1.1.(a) y 7.3.3.6.2.1.(a) reflejan las demandas reducidas de ductilidad de curvatura en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas de componentes con ductilidad limitada. La armadura transversal provista por los artículos 7.3.3.6.1.1.(a) y
7.3.3.6.2.1.(a) se relaciona con el confinamiento del núcleo de hormigón en presencia de compresión axial, y permite una ductilidad de curvatura del orden de sólo 10 en las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, y la prevención del pandeo de la armadura
comprimida. La cantidad o fuerza por unidad de longitud que restringe la armadura comprimida es la misma que para componentes con ductilidad completa. Sin embargo, la separación entre capas de estribos puede ser mayor.
Las columnas por encima del primer piso tienen una baja probabilidad de que se formen rótulas plásticas si han sido diseñadas por capacidad. Tales columnas tienen una reducida necesidad de armadura transversal de confinamiento ya que sólo podría ocurrir, en el peor
de los casos, fluencia limitada.
En columnas con ductilidad limitada, el grado de confinamiento requerido es significativamente menor que en columnas con ductilidad completa:
(a) En zonas de formación potencial de rótulas plásticas, la máxima cantidad de armadura transversal puede reducirse a un 70% de la requerida en columnas con ductilidad completa por las expresiones [2.3-18] y [2.3-20]. El confinamiento puede reducirse, sin
embargo, la prevención del pandeo de las barras permanece como un prerrequisito por lo que esta cantidad no se reduce por debajo de la requerida para columnas con
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 185
ductilidad completa. Sin embargo, la separación máxima puede ser mayor que la requerida por el artículo 2.3.7.
(b) En columnas donde no se espera la formación de rótulas plásticas, la cantidad de armadura transversal para prevención del pandeo de las barras longitudinales, no será menor que la requerida por las expresiones [7-13] y [7-16] según corresponda.
(c) En las secciones comprendidas entre las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, la cantidad de armadura transversal necesita cumplir con lo especificado en el artículo 7.3.3.6. para zonas normales.
En las zonas adyacentes a las zonas de formación potencial de rótulas plásticas, lo mismo que para el diseño con ductilidad completa, la reducción de la armadura transversal debe ser gradual, a fin de prevenir una reducción abrupta de la resistencia y posiblemente una falla frágil si la rótula plástica se extendiera fuera de la zona extrema donde se espera.
Algunas barras de la columna pueden no estar adecuadamente restringidas para el pandeo porque la distancia entre el primer estribo en la columna y el del nudo puede ser excesiva. Éstas son las ubicadas en las esquinas de columnas interiores donde el ancho de las vigas es menor que el ancho de la columna o aquéllas que están en las caras de columnas donde no existe viga. En tales casos es necesario disponer estribos inmediatamente adyacentes a la armadura de la viga para asegurar que la longitud no soportada no sea mayor que 10 veces el diámetro de la menor barra longitudinal de la columna.
7.3.3.7. Diseño a corte
7.3.3.7.1. Resistencia requerida a corte - Vu Para la determinación del esfuerzo de corte último (Vu ) en columnas, se seguirán los criterios del diseño por capacidad establecidos en el artículo 7.3.3.1.4.
7.3.3.7.2. Contribución del hormigón a la resistencia a corte En los extremos de todas las columnas y pilotes, en la extensión dada por el artículo 2.3.5., cuando el factor de reducción R no sea mayor que 3,5, la tensión nominal de corte provista por el hormigón deberá tomarse como:
vc = v ka b [0,50 + 3 (f´Pc uAg - 0,10)] ≥ 0
[7 - 17]
Donde Pu⁄(f´c Ag) no deberá adoptarse mayor que 0,30, y Pu deberá tomarse con signo negativo para tracción.
C 7.3.3.7.2. Contribución del hormigón a la resistencia a corte
La expresión [7-17] reemplaza a la expresión [2.3-31.a].
La contribución del hormigón a la reconoce la degradación reducida
resistencia al en las zonas
cdoertfeorvmca, cciaólncuplaodteanccoianl
la de
expresión [7-17], rótulas plásticas
en componentes con ductilidad limitada.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 186
7.4. TABIQUES SISMORRESISTENTES
7.4.1. Requerimientos generales de diseño
Los tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada deberán cumplir con los requerimientos siguientes:
(a) Los tabiques sismorresistentes en voladizo o acoplados, deberán considerarse como unidades integrales. La resistencia de las alas, elementos de borde y almas, deberán evaluarse sobre la base de una interacción homogénea compatible usando análisis racionales. Deberán tenerse en cuenta la presencia de aberturas.
(b) Deberán ser capaces de disipar energía por fluencia en flexión de las armaduras longitudinales.
(c) Deberán diseñarse por capacidad a fin de asegurar que la resistencia nominal a corte sea mayor que el esfuerzo de corte cuando se alcance la sobrerresistencia a flexión, teniendo en cuenta los efectos dinámicos. La resistencia nominal a corte deberá determinarse de acuerdo con lo establecido en el artículo 7.4.6.2.
(d) Cuando dos o más tabiques en voladizo se conecten en el mismo plano por vigas dúctiles, parte de la energía sísmica a disipar deberá asignarse al sistema de acoplamiento. Deberán utilizarse criterios de diseño por capacidad a fin de asegurar que la ductilidad del sistema de acoplamiento pueda mantenerse cuando se desarrolle la sobrerresistencia flexional. Si se requiere, deberá utilizarse armadura diagonal para resistir la flexión y el corte inducidos por la acción sísmica, de acuerdo con lo establecido en el artículo 7.4.8.
(e) El factor de reducción R a adoptar, no deberá ser mayor que 3,5 (R ≤ 3,5).
C 7.4.1. Requerimientos generales de diseño
(a) Esta parte resalta que los componentes de los tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada, deben seguir los mismos procedimientos racionales de diseño y los principios básicos establecidos que son de aplicación a los tabiques sismorresistentes con ductilidad completa.
(b) Todos los tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada, deben disipar energía por fluencia de la armadura flexional. Los mecanismos de corte tales como el deslizamiento de un panel sobre un componente de fundación no son tan predecibles como la fluencia flexional y, por lo tanto, deben evitarse.
Se debe prestar atención particular al detallado, lo mismo que para los tabiques con ductilidad completa, en la sección crítica donde se espera la plastificación. Pero, como la demanda de ductilidad es limitada, los requerimientos de detallado, como regla general, no son tan onerosos. Deberán considerarse los efectos de los empalmes en el comportamiento dúctil.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 187
No debe permitirse que las zonas de formación potencial de rótulas plásticas se ubiquen fuera de donde se quiere o donde se ha previsto el detallado respectivo de acuerdo con la demanda esperada de ductilidad. Un inapropiado detallado de la unión del tabique con la fundación puede hacer que la rótula plástica se desplace hacia arriba en el tabique, posiblemente llegando hasta zonas donde el detallado no es suficiente para soportar la ductilidad de curvatura requerida.
(c) La estrategia general de diseño para tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada es la misma que para aquéllos con ductilidad completa. El procedimiento de diseño por capacidad permite que se eviten las indeseables fallas por corte, asegurando que la disipación de energía sísmica se desarrolle por medio de fluencia flexional controlada mientras se mantenga la resistencia y estabilidad de la sección. Los aspectos relacionados con la sobrerresistencia y los efectos dinámicos deberán evaluarse de acuerdo con lo estipulado en el Capítulo 3 para tabiques sismorresistentes con ductilidad completa, debido a la falta de evidencia relacionada con una reducción de estos requerimientos en el caso de tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada.
7.4.2. Limitaciones dimensionales
Deberán aplicarse las limitaciones dimensionales establecidas en el artículo 3.3., con excepción de las expresiones [3-2] y [3-6], que deberán ser reemplazadas por las expresiones [7-18] y [7-19] respectivamente.
bcr
=
5 kcr (Ar + 2 ) 1700 √ξ
Lw
b Ln
≥ 0,05 ≤
b1 Ln
[7 - 18] [7 - 19]
C 7.4.2. Limitaciones dimensionales
Las limitaciones dimensionales de acuerdo con el artículo 3.3. se establecen con el propósito de controlar el pandeo prematuro del tabique fuera del plano en la zona de rótula plástica. Usualmente en tabiques con ductilidad limitada ( R ≤ 3,5 ) la inestabilidad no representa un grave problema.
7.4.3. Armadura longitudinal
El diámetro máximo de las barras verticales en cualquier zona del tabique, no deberá ser mayor que 1/8 del espesor del tabique en la zona en que se ubica la barra. En todo lo demás, deberá aplicarse lo establecido en el artículo 3.5.4.
C 7.4.3. Armadura longitudinal
El diámetro máximo permitido de la armadura longitudinal en tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada es un poco mayor que el correspondiente a ductilidad completa. Los requerimientos establecidos en el artículo 3.5.4. cubren la cuantía de la armadura longitudinal y limitan la disposición de la misma.
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 188
7.4.4. Armadura transversal para control del pandeo de las barras longitudinales
Los tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada (R ≤ 3,5) deberán cumplir con lo especificado en el artículo 3.5.6.2. con las excepciones siguientes:
(i) El límite crítico de cuantía de armadura longitudinal l para la aplicación de lo especificado en el artículo 3.5.6.2. deberá tomarse igual a 3⁄fy.
(ii) La separación de estribos a lo largo de las barras longitudinales, en la zona de formación potencial de rótula plástica cuando l > 3⁄fy, no deberá ser mayor que 10 veces el diámetro de la barra longitudinal que restringe (10 db).
C 7.4.4. Armadura transversal para control del pandeo de las barras longitudinales
En ciertas circunstancias, se necesita armadura transversal para proveer soporte lateral a la
armadura principal longitudinal. Cuando un tabique tiene sólo una capa de armadura, lo que
se permite cuando el factor de reducción R ≤ 4, no puede disponerse armadura transversal.
En Sin
laesmzboanragso,dolonsdereρql u≤e3ri⁄mfyiennotosse
requiere armadura establecidos en el
transversal para artículo 7.4.5.
prevenir el pandeo. para confinamiento
pueden ser determinantes, en cuyo caso deberán disponerse al menos dos capas de
armadura en la zona a confinar.
7.4.5. Confinamiento de la zona comprimida
Los tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada (R ≤ 3,5) deberán cumplir con lo especificado en el artículo 3.5.6.3. con las excepciones siguientes:
(a) Si la profundidad del eje neutro en la zona de formación potencial de rótula plástica, calculada con los esfuerzos requeridos correspondientes, no excede 0,80 veces el valor obtenido de la expresión [7-20], se permitirá la utilización de sólo una capa de armadura longitudinal en la zona de compresión, no necesitándose cumplir con los demás requerimientos especificados en el artículo 3.5.6.3.
cc = 0,10 ϕow Lw
[7 - 20]
(b) Si la profundidad del eje neutro en la zona de formación potencial de rótula plástica es igual o mayor que 0,80 veces el valor obtenido de la expresión [7-20], deberá cumplirse:
(i) Deberán proveerse dos o más capas de armadura longitudinal dentro de la zona de compresión por flexión, con al menos una capa ubicada cerca de cada una de las caras del tabique sismorresistente.
(ii) La extensión horizontal de la zona a confinar deberá tener una longitud igual a la profundidad del eje neutro c.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 189
(iii) Deberá disponerse armadura transversal para confinamiento en cada una de las dos direcciones ortogonales de la sección a confinar, tal que:
Ash
=
0,175
sh
h''
Ag* Ac*
f´c fyt
(
c Lw
- 0,07 )
[7 - 21]
(iv) La separación de los estribos a lo largo de las barras longitudinales no deberá ser
mayor que 10 veces el diámetro de la barra longitudinal (10 db), el espesor del tabique en la zona confinada, o 200 mm.
C 7.4.5. Confinamiento de la zona comprimida
La expresión [7-20] reemplaza, para tabiques con ductilidad limitada, a la expresión [3-13].
La expresión [7-21] reemplaza, para tabiques con ductilidad limitada, a la expresión [3-15].
Para tabiques con ductilidad completa se exponen las relaciones entre la profundidad del eje neutro, el grado de confinamiento requerido y la disposición de la armadura longitudinal. Las modificaciones introducidas en este artículo, reflejan el relajamiento admitido para tabiques con ductilidad limitada.
7.4.6. Diseño a corte
7.4.6.1. Resistencia requerida a corte - Vu El esfuerzo de corte último (Vu) en tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada deberá determinarse según el artículo 3.6.1., y no necesita ser mayor que el correspondiente a la respuesta esencialmente elástica de la estructura.
C 7.4.6.1. Resistencia requerida a corte - Vu -
Para las solicitaciones últimas, resultantes del desarrollo de la sobrerresistencia, se ha tomado un límite superior igual al correspondiente a la respuesta esencialmente elástica de la estructura. Por lo tanto ωw wo , no necesita ser mayor que R⁄1,5.
7.4.6.2. Resistencia nominal a corte - Vn -
La resistencia nominal a corte (Vn) en tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada deberá determinarse según el artículo 3.6.3., a excepción de la tensión nominal de corte
provista por el hormigón vc en la zona de formación potencial de rótula plástica, que deberá
tomarse como:
vc = 0,135 √f´c
+
Pu 4 Ag
≥
0
Donde Pu deberá tomarse negativo cuando sea de tracción.
[7 - 22]
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 190
La altura de la zona de formación potencial de rótula plástica, deberá tomarse de acuerdo con el artículo 3.5.3.
C 7.4.6.2. Resistencia nominal a corte - Vn La expresión [7-22] reemplaza, para tabiques con ductilidad limitada, a la expresión [3-26]. Se reconoce en la expresión [7-22] los efectos benéficos en la resistencia al corte de tabiques sismorresistentes sometidos a limitadas demandas de ductilidad.
7.4.6.3. Armadura de corte
La armadura de corte en tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada deberá cumplir con lo especificado en los artículos 3.6.2. y 3.6.4., con excepción de la expresión [3-21] que deberá ser reemplazada por la expresión [7-23]:
Vu
≤
(
ϕwo 3
+
0,15 ) √f´c
(0,80
bw
Lw)
[7 - 23]
C 7.4.6.3. Armadura de corte
La expresión [7-23] permite un incremento del límite máximo para la resistencia requerida a corte (Vu) en la zona de formación potencial de rótula plástica, respecto a la expresión [3-21], lo que refleja el relajamiento admitido para tabiques con ductilidad limitada.
7.4.7. Empalmes
Los empalmes de la armadura longitudinal en tabiques sismorresistentes con ductilidad limitada, deberán satisfacer lo especificado en el artículo 3.7. a excepción de las modificaciones siguientes:
(a) Deberán evitarse, en la medida de lo posible, los empalmes por yuxtaposición de la armadura vertical de flexión en la zona de formación potencial de rótula plástica. En esta zona no deberá empalmares más de 1/2 de dicha armadura en la misma sección.
(b) Toda la armadura longitudinal podrá empalmarse en una misma sección, en la zona de formación potencial de rótula plástica, si el empalme es mecánico o soldado.
7.4.8. Tabiques acoplados
El diseño de tabiques acoplados con ductilidad limitada, deberá cumplir con lo especificado en el artículo 3.8., con excepción de la expresión [3-33] que deberá ser reemplazada por la expresión [7-24]:
Vu
≤
0,20
Ln hb
√f´c (bw d)
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
[7 - 24]
Cap. 7 - 191
C 7.4.8. Tabiques acoplados
Se reconoce que, en vigas de acoplamiento pertenecientes a tabiques con ductilidad
limitada, es probable que la degradación sea menor que la esperada en vigas con ductilidad
completa. No se necesita armadura diagonal en las vigas de acoplamiento cuando la
[r7e-s2is4t]e. nSciianoresqeuereriqduaiearecoarrtme a(dVuur)andoiaegsonmaal,yloars
que el vigas
valor establecido por la de acoplamiento deberán
expresión diseñarse
como vigas convencionales con armadura longitudinal y transversal, usando los principios
del diseño por capacidad, según lo especificado en el artículo 2.2.
7.4.9. Tabiques poco esbeltos
El diseño de tabiques poco esbeltos con ductilidad limitada, deberá cumplir con lo especificado en el artículo 3.9.
C 7.4.9. Tabiques poco esbeltos
Los tabiques sismorresistentes poco esbeltos que posean fundaciones adecuadas para posibilitar el desarrollo de una rótula plástica en la base, deberán diseñarse de manera de asegurar que no ocurra una falla de corte por deslizamiento en la base antes que se desarrolle la capacidad de ductilidad asignada. La respuesta de tabiques sismorresistentes poco esbeltos puede estar controlada por corte cuando, a causa del exceso de resistencia flexional, no puedan desarrollarse rotulas plásticas. Tales tabiques parece que se comportan mejor en relación con la reducción de daños si se los diseñan con ductilidad limitada.
7.5. SISTEMAS PORTICO TABIQUE
7.5.1. Requisitos generales de diseño
El diseño de sistemas estructurales donde la resistencia a la acción sísmica horizontal se provea por la contribución combinada de pórticos y tabiques sismorresistentes de hormigón armado, con ductilidad limitada, deberá satisfacer los requerimientos especificados en el Capítulos 4, con las modificaciones que introduzcan los artículos 7.3., 7.4., y 7.5.2.
7.5.2. Factor de reducción de la estructura En sistemas pórtico tabique, deberá adoptarse:
(a) Cuando los pórticos sismorresistentes se diseñen con mecanismo de colapso de vigas (rotulación plástica sólo en vigas con excepción de las columnas del último piso y de la sección inferior de las columnas del primer piso), un factor de reducción R no mayor que 3,5 (R ≤ 3,5).
(b) Cuando los pórticos sismorresistentes se diseñen con mecanismo de colapso de piso débil (rotulación plástica en capitel y base de todas las columnas del piso), un factor de reducción R según la expresión [7-3], pero no mayor que 3,5 (R ≤ 3,5).
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 192
(c) Cuando los pórticos sismorresistentes se diseñen con mecanismo de colapso de viga parcial (algunas columnas desarrollan en cualquier piso, simultáneamente, rótulas plásticas en capitel y base, mientras que un número suficiente de columnas del mismo piso permanecen elásticas), un factor de reducción R según la expresión [7-3], pero no mayor que 3,5 (R ≤ 3,5).
7.6. NUDOS VIGA-COLUMNA
Los nudos viga-columna en estructuras con ductilidad limitada, deberán cumplir con los requisitos especificados en el artículo 2.4.
C 7.6. NUDOS VIGA-COLUMNA Dado que el diseño de nudos viga-columna en estructuras con ductilidad completa sigue un criterio de confinamiento, este mismo criterio debe aplicarse a los nudos de estructuras con ductilidad limitada.
7.7. DIAFRAGMAS
El diseño de diafragmas correspondientes a estructuras con ductilidad limitada, deberá cumplir con lo especificado en el Capítulo 5.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Cap. 7 - 193
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 194
REFERENCIAS:
1) Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón, CIRSOC 201-2005.
2) Comentarios al Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón, CIRSOC 201-2005.
3) New Zealand Standard, Concrete Structures Standard Part 1 – The Design of Concrete Structures (NZS 3101: Part 1:1995).
4) New Zealand Standard, Concrete Structures Standard Part 2 – Commentary on The Design of Concrete Structures (NZS 3101: Part 2:1995).
5) New Zealand Standard, Concrete Structures Standard Part 1 – The Design of Concrete Structures (NZS 3101: Part 1:2006). Incorporating Amendment No. 1, 2, and 3.
6) New Zealand Standard, Concrete Structures Standard Part 2 – Commentary on The Design of Concrete Structures (NZS 3101: Part 2:2006). Incorporating Amendment No. 1, 2, and 3.
7) Building Code Requirements For Structural Concrete (ACI-318-02) and Commentary.
8) Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, T. Paulay and M.J.N. Priestley, 1992.
Proyecto de Reglamento INPRES-CIRSOC 103, Parte II
Referencias - 195
Proyecto de Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes
Cap. 7 - 196
Ver+/-
