Código modelo para el diseño sismorresistente de estructuras de hormigón armado

53 Pages·2010·4.04 MB·Spanish

cuadernos de
Instituto Eduardo Torroja
E€ B
COMITÉ EURO-INTERNACIONAL DEL HORMIGÓN
CÓDIGO MODELO PARA EL DISEÑO
SISMORRESISTENTE DE ESTRUCTURAS DE
HORMIGÓN ARMADO
2.3 Parte
409-5
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50
Informes de la Construcción, Vol 37, n.° 373, agosto-septiembre, 1985
Grupo de trabajo del CEB sobre «DISEÑO SÍSMICO»
Presidente: Paolo E. Pinto Roma (I)
Miembros: H. Aoyama Tokio (J)
H. Batchman Zurich (OH)
J. 1. Alvarez Balehola Madrid (E)
V. V. Bertero Berkeley (USA)
J. S. Carmona San Juan (RA)
E. Cansado de Garvalho Lisboa (P)
J. Despeyroux París (F)
U. Ersoy Ankara (TK)
S. Inomata Tokio (J)
J. Jirsa Austin (USA)
G. Kónig Darmstadt (D)
M. Miehlbradt Lausana (CH)
A. Negoita lasi (R)
T. Paulay Christchurch (NZ)
K. A. Sorensen Copenague (DK)
T. P. Tassios Atenas (GR)
S. M. Uzumeri Toronto (CND)
M. Veikov Skopije (YU)
Conexión con CEE/ONU-Ginebra: W. Kukulski
REFERENCIAS
Ref. 1—CEB-FIB. Código Modelo para estructuras de hormigón, tercera edición, 1978.
Ref. 2.—Applied Technology Council, «Tentative Provisions for the Development of Seismic Regulations for
Buildings», Publ. ATC 3-06, Junio 1978.
Versión en castellano, traducida por:
José I. Alvarez Baleriola
Dr. Ing. de Caminos, Canales y Puertos
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í n d i ce
1 .a Parte (n.° 372)
1. ALCANCE Y ÁMBITO DE APLICACIÓN
2. REQUISITOS
2.1. Seguridad estructural
2.2. Utilización
3. CRITERIOS DE DISEÑO
3.1. Definiciones
3.2. Diferentes grados de fiabilidad
3.3. Niveles de ductilidad
2.a Parte
4. MÉTODOS DE COMPROBACIÓN
4.1. Datos básicos
4.1.1. Características de los materiales
4.1.1.1. Hormigón
4.1.1.2. Acero de armaduras
4.1.2. Coeficientes de seguridad de materiales ym
4.1.3. Coeficientes de comportamiento estructural
4.1.4. Combinación de cargas de proyecto
4.2. Análisis estructural
4.2.1. Configuración geométrica de los edificios
4.2.1.1. Configuración en planta
4.2.1.2. Configuración en alzado
4.2.2. Aplicación de la acción sísmica
4.2.3. Modelo analítico
4.2.4. Análisis estático equivalente
4.2.4.1. Fuerzas horizontales de proyecto
4.2.4.2. Solicitaciones de torsión
4.2.4.3. Solicitaciones de segundo orden
4.2.5. Procedimiento del análisis modal
4.2.5.1. Modelización
4.2.5.2. Modos de vibración
4.2.5.3. Combinación de respuestas modales
4.2.5.4. Solicitaciones de torsión
4.2.5.5. Solicitaciones de segundo orden
4.3. Solicitaciones de proyecto
4.3.1. Nivel II de ductilidad: ND II
4.3.1.1. Elementos sometidos a flexión Nd<0,1 • Ag • fcd
4.3.1.2. Elementos sometidos a flexión y axil Nd> 0,1 • Ag • fcd
4.3.1.3. Nudo de unión viga-pilar
4.3.1.4. Pantallas estructurales
4.3.1.4.1. Redistribución
4.3.1.4.2. Envolvente de proyecto para el momento flector
4.3.1.4.3. Esfuerzo axil inducido en pantallas acopladas
4.3.1.4.4. Coeficientes de amplificación dinámica
4.3.2. Nivel III de ductilidad: ND III
4.3.2.1. Elementos sometidos a flexión Nd<0,1 • Ag • fcd
4.3.2.2. Elementos sometidos a flexión y axil Nd> 0,1 • Ag • fcd
4.3.2.3. Nudo de unión viga-pilar
4.3.2.4. Pantallas estructurales
4.3.2.4.1. Redistribución
4.3.2.4.2. Envolvente de proyecto para el momento flector
4.3.2.4.3. Esfuerzo axil inducido en pantallas acopladas
4.3.2.4.3. Coeficientes de magnificación dinámica
4.3.2.4.4. Esfuerzo cortante
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4.4. Dimensionamiento y verificación
4.4.1. Elementos lineales
4.4.1.1. Generalidades
4.4.1.2. Limitaciones al esfuerzo axial
4.4.1.3. Relación de resistencias entre vigas y soportes
4.4.1.4. Resistencia a cortante
4.4.1.4.1. Contribución del hormigón
4.4.1.4.2. Armadura trasversal
4.4.2. Unión viga-pilar (sólo para DL III)
4.4.2.1. Esfuerzo cortante horizontal
4.4.2.1.1. Tensión nominal de cortante horizontal
4.4.2.1.2. Mecanismos de resistencia a cortante del nudo de unión
4.4.2.1.3. Esfuerzo cortante soportado por el hormigón
4.4.2.1.4. Armadura horizontal de cortante
4.4.2.2. Esfuerzo cortante vertical
4.4.2.2.1. Armadura vertical de cortante
4.4.2.3. Uniones excéntricas viga-pilar
4.4.3. Pantallas
4.4.3.1. Generalidades
4.4.3.2. Resistencia a esfuerzo cortante
4.4.3.2.1. Máxima tensión tangencial de cortante permisible
4.4.3.2.2. Contribución del hormigón a la resistencia a cortante
4.4.3.2.3. Armado del alma
4.4.3.3. Dinteles de acoplamiento
4.4.4. Forjados y losas de escalera
4.4.5. Elementos de hormigón pretensado
4.4.5.1. Generalidades
4.4.5.2. Elementos a flexión
4.4.5.3. Soportes
4.4.5.4. Unión viga-pilar
4.4.6. Verificaciones
4.4.6.1. Verificación del colapso
4.4.6.2. Verificación de la resistencia
4.4.6.3. Verificación de la estabilidad
4.4.6.4. Verificación del estado de servicio
4.4.6.5. Desplazamientos máximos
3.3 Parte (n.° 374)
5. DETALLES DE ARMADO, EJECUCIÓN, USO
5.1. Elementos sometidos a flexión Nd<0,1 • Ag • fcd-
5.1.1. Coacciones geométricas
5.1.2. Armadura longitudinal
5.1.3. Armadura trasversal máxima
5.2. Elementos sometidos a flexión y axil Nd > 0,1 • Ag • fcd
5.2.1. Coacciones geométricas
5.2.2. Armadura longitudinal
5.2.3. Armadura trasversal
5.2.3.1. Zonas críticas en los pilares
5.2.3.2. Estructuras con ND II
5.2.3.3. Estructuras con ND III
5.3. Uniones viga-pilar
5.3.1. Confinamiento
5.4. Pantallas
5.4.1. Coacciones geométricas
5.4.2. Armadura longitudinal
5.4.3. Armadura trasversal
5.4.3.1. Zonas con armadura trasversal especial
5.4.4. Dinteles de acoplamiento
5.5. Anclaje y solape de armaduras
5.5.1. Generalidades
5.5.2. Elementos a flexión: anclaje de la armadura longitudinal
5.5.3. Pilares: anclaje de la armadura longitudinal
5.5.4. Solape de armaduras longitudinales
5.5.5. Anclaje y solape de armaduras trasversales
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6. ACCIÓN SÍSMICA
6.1. Sismicidad regional
6.2. Zonas sísmicas
6.3. Características de la acción sísmica
6.4. Acción sísmica de proyecto
6.4.1. Espectro de respuesta elástica normalizado
6.4.2. Efectos locales
6.4.2.1. Tipos de perfiles del suelo
6.4.2.2. Coeficiente local
6.4.3. Espectro de respuesta elástica normalizado según el lugar de ubicación
6.4.4. Espectro de respuesta de proyecto
7. DEFINICIONES Y NOTACIÓN
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Comentarios C-4. MÉTODOS DE COMPROBACIÓN
Capítulo 4
Métodos de C-4.1. Datos básicos
comprobación
C-4.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
C-4.1.1.1. Hormigón
Se requieren hormigones de resistencia superior a la mínima exigible en condiciones no sísmicas
para permitir que posean un comportamiento estable ante deformaciones cíclicas alternadas de
gran amplitud.
C-4.1.1.2. Acero de armaduras
a) Este requisito puede darse por satisfecho cuando el acero es capaz de soportar tres ciclos simé
tricos de una deformación del ± 4 %, en una barra cuya longitud no sea superior a 5 0.
b) Los aceros de mayor resistencia provocan una reducción de la ductilidad a flexión de la sec
ción: en el rango entre S220 y S400, un aumento del 50 % en fy puede resultar en una disminu
ción de aproximadamente el 50 % de la ductilidad seccional.
c) La existencia de sobre-resistencias incontroladas en el acero puede alterar desfavorablemente
los mecanismos de disipación de energía previstos.
d) El requisito que prevé la existencia de un valor, al menos mínimo, del endurecimiento del acero
con la deformación, está dirigido a evitar la concentración crítica de la demanda de deforma
ción en secciones determinadas, permitiendo así el desarrollo de deformaciones inelásticas en
zonas más amplias.
e) La adherencia de las barras lisas se deteriora rápidamente ante cargas cíclicas, especialmente
después de haber superado el límite elástico.
C-4.1.2. COEFICIENTES DE SEGURIDAD DE MATERIALES ym
Los valores de ym adoptados son los mismos que vienen indicados en el Código Modelo, apartado
6.4.2.3, para la combinación de cargas básicas.
De acuerdo con el Código Modelo, en la combinación de acciones accidentales, los valores de los
coeficientes ym deben reducirse (con respecto a los correspondientes a acciones no accidentales) y
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S-4. MÉTODOS DE COMPROBACIÓN Articulado
Capítulo 4
S-4.L Datos básicos Métodos de
comprobación
S-4.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
S-4. L 1.1. Hormigón
— Los posibles tipos de hormigones normales, o de áridos ligeros, a utilizar satisfarán los siguientes
requisitos mínimos:
Tabla 4.1
Nivel de Resistencia
ductilidad minima i
1 NDII C 20 LC 20
NDIII C 25 LC 25
No se utilizarán hormigones de áridos Hgeros de tipo superior a LC 30 a menos que se demuestre
que poseen características adecuadas de ductilidad.
S-4.1.1.2. Acero de armaduras
ESTRUCTURAS DE ND I Y ND II
Las propiedades de los aceros utilizados en estos tipos de estructuras serán acordes con los requi
sitos establecidos en el Código Modelo, capítulo 3.
ESTRUCTURAS DE ND III
Deberán satisfacer los siguientes requisitos adicionales:
a) Deberá demostrarse que el acero utilizado posee una ductilidad adecuada ante deformaciones
alternadas repetidas.
b) No deberán usarse aceros de tipo superior a S400 a menos que se demuestre que la utilización
de tipos superiores, en determinadas disposiciones seccionales, no afecta desfavorablemente a
la ductilidad.
c) El hmite elástico real no será superior en más de un 15 % a su valor nominal.
d) La relación entre el valor medio de la resistencia última y el límite elástico real no será menor
de 1,25 para un acero S220, o de 1,15 para un acero S400.
e) Sólo se utilizará acero de alta resistencia en las armaduras longitudinales a menos que se adop
ten previsiones adecuadas para garantizar las condiciones de adherencia y anclaje.
S-4.1.2. COEFICIENTES DE SEGURIDAD DE MATERIALES ym
Los valores de proyecto de las resistencias del hormigón y del acero se obtendrán a partir de sus
valores característicos haciendo uso de los siguientes coeficientes de seguridad:
Hormigón ye = 1,5
Acero ys = 1,15
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Comentarios deben aplicarse a los valores de las resistencias residuales, resultantes de la degradación que pro
Capitulo 4 duce el efecto de estas acciones accidentales.
Métodos de
comprobación En este documento, dado que todavía no existen modelos ampliamente aceptados para la predic
ción de esta degradación, los valores de los coeficientes ym se han mantenido provisionalmente
iguales a los que se emplean en las combinaciones de acciones no accidentales, y deben ser aplica
dos a los valores de las resistencias sin degradar por efecto de la acción sísmica. De esta forma se
espera obtener valores de la resistencia de cálculo aproximadamente iguales a los que se presentan
realmente en condiciones sísmicas.
C-4.1.3. COEFICIENTES DE COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
Los valores de la Tabla 4.2 reflejan un buen nivel tecnológico y unos procedimientos de control de
calidad adecuados, así como unos valores de las probabilidades de fallo comunmente aceptados;
no obstante deberán ser comprobados y ajustados, si fuera necesario, a las condiciones particula
res propias de cada país.
Las pantallas aisladas poseen una menor capacidad de disipación de energía que las pantallas aco
pladas. Por este motivo, cuando su contribución a la resistencia lateral total llega a ser importante,
el factor de comportamiento debe reducirse.
Los valores de los coeficientes K de la Tabla 4.2 reflejan el estado actual del conocimiento respec
to a la diversa capacidad de los diferentes tipos estructurales para soportar un movimiento sísmico
intenso. El amortiguamiento propio de las diversas estructuras no se menciona expresamente ya
que puede considerarse incluido en el factor K. El factor K en realidad tiene en cuenta el amorti
guamiento por histéresis que en los casos críticos domina claramente sobre el amortiguamiento
viscoso.
C-4.L4. COMBINACIÓN DE CARGAS DE PROYECTO
La fórmula de combinación de acciones (4.1.4.1) es compatible en teoría con la hipótesis de que
en la situación sísmica la probabilidad de fallo (por ejemplo al alcanzarse alguno de los estados lí
mites considerados) está influenciada fundamentalmente por la gran variabilidad de la acción sís
mica. Según esta hipótesis, justificada en casi todos los casos, un estudio del problema acorde con
un nivel II de fiabilidad demuestra que la elección más apropiada de los valores de las acciones de
proyecto conduce a asignar:
— a la acción sísmica un valor de cálculo evaluado directamente,
— al resto de las cargas unos valores de cálculo próximos a sus valores medios en el tiempo.
De estas consideraciones se obtiene una fórmula combinatoria similar a la 6.12 del Código Mode
lo, independientemente de que la acción sísmica esté clasificada como una acción accidental o co
mo una acción variable.
En general los valores ^i pueden tomarse como iguales a los valores ^2 que definen los valores
quasi-permanentes de las acciones (Código Modelo, apartado 6.3.2).
En ningún caso se considerará la acción simultánea del viento y del sismo.
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Articulado
Capítulo 4
Métodos de
comprobación
S-4.1.3 COEFICIENTES DE COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
En la Tabla 4.2 se establecen los valores del coeficiente de comportamiento estructural K, que de
fine la intensidad de la acción sísmica de proyecto (S-6.4.4) en función del tipo de estructura y del
nivel de ductilidad seleccionado:
Tabla 4.2
COEFICIENTES DE COMPORTAMIENTO
Nivel de Nivel de Nivel de
Sistema
ductilidad ductilidad ductilidad
estructural
I II III
Porticado 2 3,5 5
Pantalla o mixto 2 3 4
Los valores de K en la Tabla 4.2 son aplicables a estructuras de tipo apantallado o mixto, sólo si al
menos el 50 % de la fuerza lateral en ambas direcciones es resistida por medio de pantallas aco
pladas. Si esta condición no resultara satisfecha, los valores de K en dicha tabla deberán reducirse
multiplicándolos por el factor 0,7.
El nivel de ductilidad ND I se permite únicamente para estructuras de Clase II en regiones de sis
micidad moderada.
Las estructuras de Clase I que deban construirse en áreas de alta sismicidad deberán proyectarse
preferentemente para un nivel de ductilidad ND III. Si resultase apropiado en este caso, también
podrían utilizarse valores de K correspondientes al nivel ND II.
S-4.1.4. COMBINACIÓN DE CARGAS DE PROYECTO
La combinación de acciones fundamental que debe usarse en la verificación de todos los estados
límites (S-4.4.6) es:
Sd=S(G-f P + E + S^i Qik) (4.L4.1)
donde:
G = incluye todas las cargas permanentes con su valor nominal.
P = es la fuerza de pretensado a largo plazo.
E = es la acción sísmica de proyecto según S-6.4.4.
Qik = son los valores de los cuantiles de las distribuciones de valores extremos de todas las cargas
variables cuya duración de aplicación es lo suficientemente larga como para que su probabi
lidad de ocurrencia, en forma simultánea con la acción sísmica, no sea despreciable.
^i = son los factores requeridos para pasar de los valores de los cuantiles Qik a los valores me
dios de Qi en sus distribuciones instantáneas.
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Comentarios El valor de la solicitación de proyecto Sd puede mantenerse invariable en todos los casos de verifi
Capitulo 4 cación (ver C-3.1), trasladándose la diferencia que debe existir en el valor de Sd para el estado lí
Métodos de mite de deformación al propio valor admisible de la deformación.
comprobación
Sería muy difícil establecer, por medio de un tratamiento analítico riguroso, la disposición de
las cargas que pueden usarse en la evaluación tanto de las solicitaciones gravitatorias directas co
mo de las fuerzas de inercia debidas a la acción sísmica.
Para el primer caso la situación de las cargas debe tener en cuenta el hecho de que las solicitacio
nes de origen gravitatorio pueden ser muy sensibles a la existencia de concentraciones de valores
altos (por ejemplo, localizados en uno o dos vanos de una planta), mientras que sólo la totalidad de
la carga presente en una planta tiene significado en el segundo caso.
En el caso en que las cargas variables sean relativamente importantes respecto a la carga total, de
berán considerarse distintas distribuciones de estas cargas entre las plantas.
La elección de una disposición de cargas adecuada depende también del tipo y uso de la estructura
y de la solicitación que se considere.
En general, los mismos valores ^2, que se han mencionado antes, pueden aplicarse en ambos ca
sos. En ninguna ocasión el valor total de la carga multiplicada por los factores ^2 será inferior en
el segundo caso respecto del primero.
C-4.2. Análisis estructural
El método dinámico indicado en S-4.2.5 consiste en la utilización del procedimiento del análisis
modal junto con la aplicación del espectro de respuesta de proyecto dado en S-6.4.4. En general se
permite la utilización de métodos de análisis más afinados, basados en acelerogramas artificiales
compatibles con el espectro o en registros reales adaptados adecuadamente, aunque su uso no está
justificado en edificios ordinarios.
C-4.2.1. CONFIGURACIÓN GEOMÉTRICA DE LOS EDIFICIOS
C-A.2 A A. Configuración en planta
Las cifras que se dan en los apartados S-4.2.L1/2 están basadas en la experimentación y en las re
glas de «buena práctica», sin que puedan admitir por el momento, una verificación rigurosa.
Sin embargo, con ellas se pretende destacar que la regularidad (en el sentido genérico de una con
figuración compacta y simétrica en planta y una distribución uniforme de masas y elementos rigi-
dizadores) es una propiedad altamente deseable en sí misma, ya que conduce de forma natural a
un comportamiento sísmico eficiente, económico y más predecible.
Además, dadas las numerosas incertidumbres existentes en la actualidad, el comportamiento real
de un edificio no regular es difícil de predecir, incluso utilizando modelos matemáticos muy elabo-
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