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Curso Diseño en Hormigón Armado según ACI 318- 14

SANTIAGO 27 y 29 Octubre 2015

Clase: Prefabricados en ACI 318-14

Relator: Augusto Holmberg F.

38 storied condominium

building, Building height

130.7m - Japan 8 story Office Building

Total height: 34.57 m

Total floor area: 6970 m2

Japan

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Precast Prestressed Concrete

Moment Frame (Kyoto University

Campus) - Japan

Precast Prestressed

Concrete Moment Frame

with Base Isolation

System (Apartment) -

japan

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Como podemos diseñar estructuras

prefabricadas usando ACI 318 …?

Todos los requisitos de este reglamento se aplican a los sistemas y miembros prefabricados a menos que se excluyan de manera específica. Además, algunos requisitos se aplican específicamente al concreto prefabricado. (R4.12.1) Usan las mismas disposiciones que el hormigón en sitio

Deben cumplir con requisitos adicionales explícitamente indicados

Prefabricados en ACI 318-14

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Todos los requisitos de este reglamento se aplican a los sistemas y miembros prefabricados a menos que se excluyan de manera específica. Además, algunos requisitos se aplican específicamente al concreto prefabricado. (R4.12.1) Usan las mismas disposiciones que el hormigón en sitio

Deben cumplir con requisitos adicionales explícitamente indicados

Las estructuras de concreto prefabricadas diseñadas de acuerdo al Cap. 18 intentan emular a las estructuras de concreto construidas en obra, excepto que en 18.5, 18.9.2.3 y 18.11.2.2 se permite la construcción prefabricada con mecanismos de fluencia alternativos. (R18.1) Alternativa 1: emulan el comportamiento sísmico en sitio

Alternativa 2: usan mecanismos de fluencia alternativos (validados x ensayo)

Prefabricados en ACI 318-14

Concreto prefabricado: Elemento de concreto estructural construido en un lugar diferente de su ubicación final en la estructura Nudo: Parte de la estructura que es común a los miembros que la intersectan Conexión: Región de la estructura donde se unen dos o más miembros. Una conexión también se refiere a una región donde se unen miembros en que uno o más son prefabricados.

Algunas definiciones…

Nudo Conexión

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Capítulo 4 – Requisitos para sistemas estructurales Sección 4.12.1 Sistemas de concreto prefabricado Considerar todas las condiciones de carga Considerar todas las etapas de contrucción y condiciones de borde Considerar las tolerancias de fabricación y montaje Tener trayectorias de fuerzas que sean continuas

Prefabricados en ACI 318-14

Capítulo 4 – Requisitos para sistemas estructurales Sección 4.12.1 Sistemas de concreto prefabricado Considerar todas las condiciones de carga Considerar todas las etapas de contrucción y condiciones de borde Considerar las tolerancias de fabricación y montaje Tener trayectorias de fuerzas que sean continuas

Capítulo 16 – Conexiones entre miembros Sección 16.2 y 16.3 Conexiones de miembros prefabricados Longitudes mínimas de apoyo Armadura para integridad estructural

Sección 16.4 Transferencia de fuerzas de cortante horizontal Elementos compuestos a flexión (hormigón en segunda etapa)

Sección 16.5 Ménsulas y cartelas Diseño y detallamiento de las ménsulas

Prefabricados en ACI 318-14

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Capítulo 26 – Documentos de construcción e inspección Sección 26.9 Requisitos adicionales para concreto prefabricado Tolerancias; detallamiento de piezas e insertos Identificación de elementos , montaje y arrisotramientos Referencia:

ACI ITG-7M-09 Specification for Tolerances for Precast Concrete

Otros Capítulos Capítulo 7 – Losas en una dirección Capítulo 8 – Losas en dos direcciones Capítulo 12 y Sección 18.12– Diafragmas Transferencia de corte a través de la sobrelosa Cuerdas y elementos colectores en la sobrelosa

Prefabricados en ACI 318-14

Capítulo 26 – Documentos de construcción e inspección Sección 26.9 Requisitos adicionales para concreto prefabricado Tolerancias; detallamiento de piezas e insertos Identificación de elementos , montaje y arrisotramientos Referencia:

ACI ITG-7M-09 Specification for Tolerances for Precast Concrete

Otros Capítulos Capítulo 7 – Losas en una dirección Capítulo 8 – Losas en dos direcciones Capítulo 12 y Sección 18.12– Diafragmas Transferencia de corte a través de la sobrelosa Cuerdas y elementos colectores en la sobrelosa

Sin embargo,… Lo principal está en el Capítulo 18

Prefabricados en ACI 318-14

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Pórticos Pórticos especiales resistentes a momento construidos con concreto prefabricado (18.9)

Muros Muros estructurales intermedios de concreto prefabricado (18.5)

Muros estructurales especiales de concreto prefabricado (18.11)

No sismoresistentes Elementos que no se designan como parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas (18.14)

Sistemas estructurales prefabricados

en ACI318-14 Capítulo 18

Conexión fuerte: Conexión, entre uno o más elementos prefabricados, que se mantiene elástica mientras que los miembros que se conectan presentan fluencia como consecuencia de los desplazamientos de diseño para sismo. Conexión dúctil:Conexión, entre uno o más elementos prefabricados, en la cual se presenta fluencia como consecuencia de los desplazamientos de diseño para sismo.

Algunas definiciones…

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Pórticos especiales Conexiones dúctiles (18.9.2.1) Conexiones fuertes (18.9.2.2) Conexiones que no cumplen los criterios anteriores (18.9.2.3) Se considera que las disposiciones de 18.9 permiten obtener un pórtico especial prefabricado equivalente en comportamiento a uno construido en sitio.

Sistemas estructurales prefabricados

en ACI318-14 Capítulo 18

Pórticos prefabricados especiales (18.9)

Configuración de conexiones

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Pórticos prefabricados especiales (18.9)

Configuración de conexiones

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Deben cumplir con los requisitos de 18.9.2.1 de a) hasta c): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales)

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones dúctiles

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Deben cumplir con los requisitos de 18.9.2.1 de a) hasta c): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) Vn para conexiones, calculado de acuerdo con 22.9 (corte por fricción) debe ser al menos 2Ve donde Ve se calcula de acuerdo con 18.6.5.1 o 18.7.6.1 (diseño por capacidad en vigas y columnas)

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones dúctiles

Deben cumplir con los requisitos de 18.9.2.1 de a) hasta c): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) Vn para conexiones, calculado de acuerdo con 22.9 (corte por fricción) debe ser al menos 2Ve donde Ve se calcula de acuerdo con 18.6.5.1 o 18.7.6.1 (diseño por capacidad en vigas y columnas) c) Los empalmes mecánicos del refuerzo de las vigas deben ubicarse a no menos de h/2 de la cara del nudo y deben cumplir con 18.2.7 (empalmes mecánicos en pórticos y muros especiales)

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones dúctiles

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Ejemplo de conexión dúctil

Tomado de FEMA P-751

Ejemplo de conexión dúctil

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Ejemplo de conexión dúctil

Ejemplo de conexión dúctil

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Ejemplo de conexión dúctil

Deben cumplir con los requisitos de 18.9.2.2 de a) hasta e): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) Los requisitos de 18.6.2.1(a) aplican a los segmentos entre las zonas donde se pretende que ocurra la fluencia por flexión debido a los desplazamientos de diseño. (luz libre no debe ser menor que 4d)

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones fuertes

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Deben cumplir con los requisitos de 18.9.2.2 de a) hasta e): a) Los requisitos de 18.6 hasta 18.8 para pórticos especiales resistentes a momento construidos en obra. (vigas, columnas y nudos en pórticos especiales) b) Los requisitos de 18.6.2.1(a) aplican a los segmentos entre las zonas donde se pretende que ocurra la fluencia por flexión debido a los desplazamientos de diseño. (luz libre no debe ser menor que 4d)

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones fuertes

c) La resistencia de diseño de la conexión fuerte, ΦSn, no debe ser menor que Se Donde Se corresponde al momento, fuerza cortante o carga axial en la conexión correspondiente al desarrollo de la resistencia probable en los lugares seleccionados para que ocurra fluencia, basados en el mecanismo dominante de la deformación inelástica lateral, considerando tanto los efectos de la carga por gravedad como por sismo.

Diseño por capacidad de la conexión fuerte d) El refuerzo longitudinal principal debe ser continuo a lo largo de las conexiones y debe desarrollarse fuera, tanto de la conexión como de la región de la articulación plástica. (empalmes y conectores mecánicos permiten continuidad)

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones fuertes

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e) En conexiones columna-columna, ΦSn debe ser al menos 1.4 Se, ΦMn debe ser al menos 0.4Mpr para la columna dentro de la altura del piso, y ΦVn debe ser al menos Ve calculado de acuerdo a 18.7.6.1 (diseño por capacidad)

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones fuertes

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Ejemplo de conexión fuerte

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Ejemplo de conexión fuerte

Deben cumplir con los requisitos de a) hasta c) a) ACI 374.1 – Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing b) Los detalles y materiales empleados en los especímenes de ensayo deben ser representativos de los usados en la estructura c) El procedimiento de diseño usado para diseñar los especimenes de ensayo debe defionir el mecanismo por el cual el prórtico resiste los efectos sísmicos y de gravedad, y debe establecer los valores de aceptación que garanticen ese mecanismo.

Pórticos prefabricados especiales con

conexiones validadas por ensayos

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Ejemplo de conexión validada por ensayo ACI 374.1-05 – Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing ACI550.3-13 – Design Specification for Unbonded Post Tensioned Precast Concrete Special Moment Frames Satisfying ACI 374.1 and Commentary

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Ejemplo de conexión validada por ensayo

Edificio Prefabricado con conexiones híbridas –Espacio Riesco. Santiago 2003 Diseño: Patricio Bonelli Prefabricados: Precon Mandante: ICH

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Ejemplo de conexión validada por ensayo

ACI 374.1-05 – Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing Mandante: Momenta Laboratorio: Dictuc

Muros intermedios Conexiones con fluencia en elementos de acero (18.5.2) (Conexión dúctil) Las disposiciones de 18.5 tienen la intención de dar como resultado un muro estructural prefabricado intermedio con una resistencia y tenacidad mínimas equivalente a la de un muro estructural de concreto reforzado ordinario, construido en obra. (Comentarios al Cap. 2)

Sistemas estructurales prefabricados

en ACI318-14 capítulo 18

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Los muros prefabricados intermedios deben cumplir con: 18.5.2.1 - En las conexiones entre los paneles de muro, o entre los paneles de muro y la cimentación, se debe restringir la fluencia a los elementos de acero o al refuerzo. 18.5.2.2 - En los elementos de la conexión que no han sido diseñados para fluir la resistencia requerida debe basarse en 1.5Sy de la porción de la conexión que fluye. 18.5.2.3 - En estructuras asignadas a una Categoría de Diseño Sísmico D, E y F los machones de muros deben diseñarse de acuerdo con 18.10.8 o 18.14 (aumentar la resistencia al corte en segmentos verticales de muro )

Muros prefabricados intermedios (18.5)

Los muros prefabricados intermedios deben cumplir con: 18.5.2.1 - En las conexiones entre los paneles de muro, o entre los paneles de muro y la cimentación, se debe restringir la fluencia a los elementos de acero o al refuerzo. 18.5.2.2 - En los elementos de la conexión que no han sido diseñados para fluir la resistencia requerida debe basarse en 1.5Sy de la porción de la conexión que fluye. 18.5.2.3 - En estructuras asignadas a una Categoría de Diseño Sísmico D, E y F los machones de muros deben diseñarse de acuerdo con 18.10.8 o 18.14 (aumentar la resistencia al corte en segmentos verticales de muro )

Muros prefabricados intermedios (18.5)

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Muros prefabricados intermedios (18.5)

Muros especiales Conexiones dúctiles (18.11.2.1) Conexiones con tendones postensados que no cumplen lo anterior (18.11.2.2) Las disposiciones de 18.11 pretenden obtener un muro estructural prefabricado especial, con una resistencia y tenacidad mínimas equivalentes a las de un muro estructural reforzado especial de concreto construido en sitio (Comentario al Cap. 2)

Sistemas estructurales prefabricados

en ACI318-14 Capítulo 18

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Deben cumplir los siguientes requisitos: 18.11.2.1 - Los muros estructurales especiales construidos usando concreto prefabricado deben cumplir con todos los requisitos de 18.10, además de 18.5.2 (Conexión dúctil)

Muros prefabricados especiales con

conexión dúctil

Mecanismos de deformación alternativos

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Deben cumplir los siguientes requisitos: 18.11.2.2 - Se permiten muros estructurales especiales contruidos usando concreto prefabricado y tendones postensados no adheridos y que no cumplen con los requisitos de 18.11.2.1 siempre que cumplan con los requisitos del ACI ITG5.1

Muros prefabricados especiales

validados por ensayos

ACI ITG-5.1-07 – Acceptance Criteria for Special Unbonded Post Tensioned Precast Structural Walls Based on Validation Testing ACI ITG5.2-09 – Requirements for Design of a Special Unbonded Post Tensioned Precast Wall Satisfying ACI ITG-5.1 and Commentary

Muros prefabricados especiales

validados por ensayos

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Elementos que no se designan como parte del sistema sismoresistente Vigas y columnas prefabricadas (18.14.4) Machones de muro (18.14.6) La sección 18.14 sólo es aplicable a estructuras asignadas a CDS D, E o F. Para estas CDS, se exige que todos los miembros estructurales que no se designan como parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas, se diseñen para resistir las cargas gravitacionales mientras se encuentran sometidos al desplazamiento de diseño.

Sistemas estructurales prefabricados

en ACI318-14 capítulo 18

Como podemos diseñar estructuras

prefabricadas usando ACI 318 …?

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Para el diseño de elementos sismoresistentes de hormigón armado todas las regiones del territorio nacional deben ser consideradas de elevado riesgo sísmico. Todas las estructuras de hormigón armado construidas en el territorio nacional deben asignarse a Categoría de Diseño Sísmico D Se permite el uso de muros estructurales ordinarios en estructruras de hasta 5 pisos que hayan sido diseñadas con R menor o igual a 4 En estructuras mixtas con muros y marcos se permite el uso de marcos intermedios Los marcos en edificios estructurados exclusivamente con marcos deben ser considerados como marcos especiales

Disposiciones en DS60

Conclusión:

Es posible diseñar adecuadamente

estructuras prefabricadas con pórticos y

muros prefabricados usando ACI 318-14

en conjunto con el DS 60 (NCh 430) y

el DS 61 (NCh 433)

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Gracias …