Estudio del Comportamiento Sísmico de Edificios de Muros Delgados de
Concreto Reforzado
Carlos Arteta, Ph.D.Carlos Blandón , Ph.D.Ricardo Bonett , Ph.D.Julián Carrillo , Ph.D.
6CIIME – Sexto Congreso Internacional de Ingenieríade Materiales y Estructuras
21 de Septiembre de 2018
MotivaciónM
aule
, 201
0Pa
ndeo
Antecedentes del CEER
2015i. Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2015). Comportamiento experimental de elementos de borde de
muros con capacidad de Disipación de Energía Especial (DES). Artículo presentado en el VIICongreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Bogotá.
ii. Blandón, C. A., Rave, J. F., & Bonett, R. L. (2015). Comportamiento de muros delgados de concretoreforzado ante cargas laterales. Artículo presentado en el VII Congreso Nacional de IngenieriaSismica, Bogota.
2016i. Arteta, C. A., Sánchez, J., Daza, R., Pájaro, C., Blandón, C. A., Bonett, R. L., & Carrillo, J.
(2016). Thin wall reinforced concrete building data base for the city of Armenia (Colombia)and testing specimen selection. Report 001 CEER – Colombian Earthquake EngineeringResearch Center. Barranquilla.
ii. Segura, C. L., Wallace, J. W., Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2016). Deformation capacity ofthin reinforced concrete shear walls. Paper presented at the Proceedings of 2016 NZSEEConference, Auckland.
2017i. Arteta, C. A. (2017). Mecánica simple de muros delgados con aleta, aspectos a considerar
para su diseño en Colombia. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional deIngeniería Sísmica, Barranquilla.
ii. Arteta, C. A., Sánchez, J., Daza, R., Blandón, C. A., Bonett, R. L., Carrillo, J., & Vélez, J.C. (2017). Global and local demand limits of thin reinforced concrete structural wall buildingsystems. Paper presented at the 16th World Conference on Earthquake Engineering,Santiago.
iii. Martínez, A. F., Daza, R., & Arteta, C. A. (2017). Modelación de muros delgados de concretoreforzado. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica,Barranquilla.
iv. Sánchez, J., & Arteta, C. A. (2017). Caracterización estadística de edificios de muros delgadosen concreto reforzado para zonas de amenaza sísmica alta. Paper presented at the VIIICongreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Barranquilla.
v. Vélez, J. C., Blandón, C. A., Bonett, R. L., Arteta, C. A., Carrillo, J., Almeida, J. P., &Beyer, K. (2017). Ensayos cuasi-estáticos cíclicos de muros delgados de concreto reforzado enedificios colombianos. Artículo presentado en el VIII Congreso Nacional de IngenieríaSísmica, Barranquilla.
2018i. Arteta, C. A., & Moehle, J. P. (2018). Seismic Performance of a building subjected to intermediate
seismic shaking. ACI Structural Journal. Vol. 115, No. 2, p.299-309, doi: 10.14359/51701095.
ii. Rosso, A., Jiménez-Roa, L. A., de Almeida, J. P., Guerrero, A. P., Blandón, C. A., Bonett, R. L., &Beyer, K. (2018). Cyclic tensile-compressive tests on thin concrete boundary elements with a singlelayer of reinforcement prone to out-of-plane instability. Bulletin of Earthquake Engineering, 16(2),859-887. doi:10.1007/s10518-017-0228-1
iii. Kolozvari, K., Arteta, C. A., Fischinger, M., Gavridou, S., Hube, M., Isakovic, T., . . . Wallace, J. W.(2018). Comparative Study of State-of-the-Art Macroscopic Models for Planar Reinforced ConcreteWalls. ACI Structural Journal, In press, doi: 10.14359/51710835.
iv. Segura, C. L., Arteta, C. A., Araujo, G. A., & Wallace, J. W. (2018). Flexural CompressionCapacity of Thin Reinforced Concrete Structural Walls. Paper presented at 11th NationalConference on Earthquake Engineering, Los Angeles.
v. Carrillo, J., Díaz, C., Arteta, C. A. (2018). Tensile mechanical properties of Colombianelectro-welded wire mesh. Paper submitted to Construction and Building Materials Journal.
vi. Blandon, C., Arteta, C. A., Bonett, R., Carrillo, J., Beyer, K., and Almeida J. (2018) Response ofThin Reinforced Concrete Walls with a Single Curtain of Web Reinforcement under Cyclic Loading,paper submitted to Engineering Structures.
Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado
Norma Peruana E.030 – Diseño Sismorresistente, aclara que con este sistema solo se pueden alcanzar edificaciones de hasta 8 pisos y solo es apto para estructuras importantes (B) o esenciales (A2) en zonas
sísmicas bajas (1), o estructuras comunes en todas las zonas sísmicas, ver Tabla 4 . Por otro lado, su coeficiente de reducción de la fuerza sísmica es Ro = 4 y las estructuras con este sistema deben tener
una deriva máxima (Δ i / hei) de 0.5%.
Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado
Tabla 1. Categorías y zonas para el sistema de Edificaciones de Muros de Ductilidad Limitada EMDL según E.030Cap.3
Categorías Valor Ro Zonas de Amenaza sísmica 1 - Baja 2 - Intermedia 3- Intermedia 4 - Alta
A1 - Esenciales 4 x x x x A2 - Esenciales 4 Permitido x x B - Importantes 4 Permitido x x x C - Comunes 4 Permitido Permitido Permitido Permitido D - Temporales 4 x x x x
Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado
(a) (b)
.
,
, ·
. Ecuación 2 - Actual NSR-10
Ecuación 3 - ACI 318-14NSR-19?
Normativas de Diseño de Muros de Concreto Reforzado
. . Ecuación 2 Ecuación 3
0
1000
2000
3000
4000
0 1000 2000 3000
Ash
[mm
2 ]
lbe [mm]
Ash [mm2], Ec. 2
Ash [mm2], Ec. 3
0
1000
2000
3000
4000
0 1000 2000 3000
Ash
[mm
2 ]
lbe [mm]
Ash [mm2], Ec. 2
Ash [mm2], Ec. 3
0
1000
2000
3000
4000
0 1000 2000 3000
Ash
[mm
2 ]
lbe [mm]
Ash [mm2], Ec. 2
Ash [mm2], Ec. 3
0
1000
2000
3000
4000
0 1000 2000 3000
Ash
[mm
2 ]
lbe [mm]
Ash [mm2] , Ec. 2
Ash [mm2] , Ec. 3
(a) (b)
tw =150 mm tw =200 mm
tw =300 mm tw =400 mm
tw=150mm tw=200mm
tw=300mm tw=400mm
Ec. 3
Ec. 2Ec. 3
Ec. 2
Ec. 3Ec. 2
Bases de Datos de Edificios de Muros Delgados de Colombia
• Bases de datos de edificios de muros delgados de las ciudades de Armenia, Cali, Bogotá y Medellíncon su respectivo análisis estadístico multivariado.
Di-dir
Di-dir = Area( ) / Area( )
BtBl
Hw
~ 180 edificios~ 500 muros al detalle
Bases de Datos de Edificios de Muros Delgados de Colombia
• Modelación elástica cronológica
0.01
0.1
1
0.01 0.1 1 10
Sa, g
Período, s
Med+1Sigma MedianMed-1Sigma MedianCBMed+1CB Med-1CBNSR-10
(a) (b)
0.01
0.1
1
0.01 0.1 1 10
Sa, g
Período, s0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25
Hw
[m]
DT, [%]
228.7
Dirección longitudinal Dirección transversal
Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado
• Profundidad del eje neutro de muros con aletas• Relaciones My/Mcr
(a)y = 0.0076x + 0.0655R² = 0.3989
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 10 20 30 40 50
c/l w
Hw [m]
y = 9.45x + 0.68R² = 0.56
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0.0 0.1 0.2 0.3
My/
Mcr
Icr*/Iweb
(b)
0.07
Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado
• Comportamiento mecánico de las mallas electrosoldadas
0
275
550
825
0 0.008 0.016 0.024
Esfu
erzo
(M
Pa)
Deformación unitaria ()
ModeloEmpresa AEmpresa BEmpresa CEmpresa D
(a)
0
275
550
825
0 0.008 0.016 0.024
Esfu
erzo
(M
Pa)
Deformación unitaria ()
ModeloEmpresa AEmpresa BEmpresa CEmpresa D
(b)
0
275
550
825
0 0.008 0.016 0.024
Esfu
erzo
(M
Pa)
Deformación unitaria ()
ModeloEmpresa AEmpresa BEmpresa CEmpresa D
(c)
0
225
450
675
900
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14
Stre
ss, M
Pa
Strain
7mm- WWMtypically used
ductile 6mm steel
4mm 5mm 6mm
Deformación última (u): Varió entre 0.82% y 1.46%. La limitada capacidad de deformación y el bajo valor de k (1.12) de los alambres, sugiere revisar las implicaciones en requisitos para diseño.
Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado
• Acero de malla:
• fy = 570 Mpa
• εsrup = 0.015
• Concreto
• f’c = 28 Mpa
• Revisión de la hipótesis de diseño
c
Csf = Asf f sf
P=Ag f'c
ec = 0.003?
tw
N.A.
Ccf = a1 f'c(lf-tw)ß1 tf
Tsw = ? Asw,t f sw,t
Mn
l f
t f
lw
Ccw = a1 f'ctwß1c
? = 0.00250.00500.0075
Asw1
Csw = ? Asw,c f sw,c
ey < es< erup?
Asw2
(a) cu
y < su < rup ?
Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado
• Revisión de la hipótesis de diseño si srup = 1.5%
Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado
• Revisión de la hipótesis de diseño si srup = 1.5%, 3% y 6%
Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado
• Limitaciones de uso de mallas electrosoldadas en ACI-318-14
Mecánica de Muros Delgados de Concreto Reforzado
• Limitaciones para sistemas de ductilidad limitada y uso de mallas electrosoldadas en Perú
Los Experimentos del CEER
• Muros de Medellín
Los Experimentos del CEER
• Muros de EPFL
Los Experimentos del CEER
• Muros de Armenia
LLRPLR YABC
YBC
DCR
DCR
YBC
PLR
LLR
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
-0.015 -0.005 0.005 0.015
Bas
e sh
ear,
Vb
[kN
]
Drift ratio
NSR
-10
drift
lim
it
NSR
-10
drift
lim
it
LLR
PLR YABC
YBC
DCR
DCR
YBC
YABCPLR
LLR
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
-0.015 -0.005 0.005 0.015
Bas
e sh
ear,
Vb
[kN
]
Drift ratio
NSR
-10
drift
lim
it
NSR
-10
drift
lim
it
LLRPLR YABC
YBC
DCR
DCR
YBC
YABC
PLRLLR
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
-0.015 -0.005 0.005 0.015
Bas
e sh
ear,
Vb
[kN
]
Drift ratio
NSR
-10
drift
lim
it
NSR
-10
drift
lim
it
LLR
PLRYABC
YBC
DCR
DCR
YBC
YABCPLR
LLR
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
-0.015 -0.005 0.005 0.015
Bas
e sh
ear,
Vb
[kN
]
Drift ratioN
SR-1
0dr
ift li
mit
NSR
-10
drift
lim
it
W4 W5
W6 W7
W4 W5
Los Experimentos del CEER
• Muros de Armenia
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
-0.015 -0.010 -0.005 0.000 0.005 0.010 0.015
Bas
e sh
ear,
Vb
[kN
]
Drift ratio
W4W5W6W7K0,flex0.20K0,flex
Lím
iteN
SR-1
0 : 1
.43%
Los Experimentos del CEER
• Muros de Armenia
Análisis de Bases de Datos
• Estimaciones de capacidad de rotación
y = 0.32x-1.15
R² = 0.77
0.0%
1.0%
2.0%
3.0%
4.0%
0 5 10 15 20 25 30 8
0
hu/tw
y = 0.16x-0.87
R² = 0.77
0.0%
1.0%
2.0%
3.0%
4.0%
0 10 20 30 40
80
lw/tw
1%/0.7 1%/0.7
(a) (b)
Análisis de Bases de Datos
• Estimaciones de capacidad de rotación experimental
0.0%
1.0%
2.0%
3.0%
4.0%
5.0%
6.0%
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
80
c/tw
Riva y Franchi 2001 UCLACEER 2017 EPFLLím. Inf. CEER Segura y Wallace 2018Lím. Sup. CEER Lim NSR-10
1%/0.7
0.055
,0.069
,0.027
Análisis Basado en Desplazamientos
0.22 3 1.4
Edificio de 10 Pisos Edificio de 15 Pisos
Límite NSR-10 : 1.43% Límite NSR-10 : 1.43%
y
p,u
u p,u hw=u Lp hw
u
LpLp=lw/2
u = (u / c)
y(a) (b)
hw
El Pandeo Fuera del Plano
• Experimentos en EPFL + modelación
Espécimen TW1, ensayado en el EPFL de Suiza por Rosso et al. (2015)
Caso de Estudio: Análisis Inelásticos de Estructuras Tipo
Escalera
10
13
14
12
16
15
18
17
19
21
20
22
(a)
(b)
(c)
Tabla 1. Parámetros de desempeño sísmico de la estructura. Modelo f‘c [MPa] μ @ Vpr = δpeak/δy μ @ Vu = δu/δy Ω0
S5-tw080 21 2.15 3.52 4.61 S5-tw100 21 2.29 3.62 4.82 S10-tw100 31 2.90 6.32 2.05 S10-tw120 31 3.04 6.54 2.02 S15-tw120 49 3.33 6.99 1.18 S15-tw150 31 3.33 5.35 1.13
• Estimaciones de capacidad de ductilidad y sobrerresistencia
Caso de Estudio: Análisis Inelásticos de Estructuras Tipo
(FT)(RW)(FT)(FC)(FT)(FC)(RW)(FC)
(FT)(RW)(FT)(FC)(FT)(FC)(RW)(FC)
(FT)(RW)(FT)(FC)(FT)(FC)(RW)(FC)
(FT)(RW)(FT)(FC)(FT)(FC)(RW)(FC)
(FT)(RW)(FT)(FC)(FT)(FC)(RW)(FC)
(FT)(RW)(FT)(FC)(FT)(FC)(RW)(FC)
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
• Relación demanda global y local
2 ⁄
y
p,u
u p,u hw=u Lp hw
u
LpLp=lw/2
u = (u / c)
y(a) (b)
hw
Caso de Estudio: Análisis Inelásticos de Estructuras Tipo
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
SDR
[%]
RDR [%]
5-story Building
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
SDR
[%]
RDR [%]
10-story Building
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
SDR
[%]
RDR [%]
15-story Building
1st SDR
Max SDR
1st SDR
Max SDR
1st SDR
Max SDR
(a) (b) (c)
GRACIAS!
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