ANÁLISIS DE CONEXIONES VIGA- COLUMNA DE ... - ia.espe.edu.ec

1 JORNADAS DE INVESTIGACION CIENTIFICA DESDE LAS AULAS 0 AN LISIS DE CONEXIONES VIGA- COLUMNA DE ACUERDO AL C DIGO ACI 318SR-05 Roberto Aguiar Falcon (1), Mary Revelo (2), Willy Tapia (3) (1)Centro de Investigaciones Cient ficas Escuela Polit cnica del Ej rcito, Quito (2)Estudiantes de noveno nivel Carrera de Ingenier a Civil Escuela Polit cnica del Ej rcito, Quito RESUMEN Se presenta las recomendaciones del Comit ACI 318SR-05, considerando lo que sucede internamente en un nudo y sus problemas potenciales relacionados con el cortante tanto horizontal como vertical, refuerzo de confinamiento, deterioro de adherencia y longitud de anclaje, para mejorar la resistencia de un nudo sometido a cargas durante un evento s smico. Para entender como afecta el mal dise o de un nudo en una estructura se exponen im genes reales tomadas luego del sismo, en diferentes lugares y en diferentes situaciones pero con un solo resultado, el colapso de la estructura.

2 En el an lisis se ha tomado en cuenta los principios de dise o establecidos por el comit ACI 352RS-02 reaprobada en el 2010, con el que se realiza el estudio de tres diferentes tipos de nudos de entrepiso, internos, externos y esquineros, para concretos de peso normal. Finalmente se presenta un ejemplo de la vida pr ctica en el que se aplica las recomendaciones del ACI, el ejemplo se desarrolla paso a paso para cada uno de los tres tipos de nudos. ABSTRACT ACI Committee 318SR-05 is clear about de consideration and repercussions that exists internally in a node and the potentials problems related with horizontal and vertical, shear, confinement reinforcement, and deterioration of adhesion and anchorage length to improve the node resistance, subjected to loads during a seismic event.

3 To understand how it affects to a poor node design in a structure, we present real images taken after the earthquake, in different places and in different situations, but we have one single result, collapsing the structure. The analysis has been taken into an account design principles established by the ACI 352RS-02 Committee reauthorized in 2010, the study is conducted in three different types of nodes of mezzanine, internal, external, and corner, for specific normal weight of concrete. Finally there is a real structure example, which applies the recommendations of ACI, the example is developed step by step for each of the three types of nodes. 1 1. INTRODUCCI N El dise o de las CONEXIONES viga- COLUMNA es considerado el aspecto m s cr tico dentro del dise o de un edificio de hormig n armado situado en zonas de alto riesgo s smico, sobretodo en aquellas estructuras que carecen de diafragmas u elementos similares capaces de disipar la fuerza s smica.

4 En las estructuras aporticadas de concreto reforzado los nodos viga COLUMNA deben garantizar el cabal desempe o global ante las solicitaciones a las que sean sometidas. Deben asegurar la continuidad de la estructura, lo que se traduce fundamentalmente en estar capacitados para resistir tensiones de origen gravitacional, e lico, s smico y de cualquier otra ndole y transmitir estas mismas tensiones adecuadamente de la losa a las vigas, de vigas a columnas, y de columnas hasta la infraestructura o sistema de fundaci n. La ocurrencia de sismos recientes evidenci que muchas de las estructuras que colapsaron durante estos eventos lo hicieron por problemas constructivos o por deficiencias en el detallado de los nodos viga- COLUMNA . El deterioro de la rigidez en los nodos viga COLUMNA conducen a grandes desplazamientos en la estructura impiden que se desarrollen mecanismos de disipaci n de energ a, poniendo en peligro la integridad de la misma.

5 En estructuras no colapsadas pero que presentaban fallas en los nodos, stas son muy dif ciles de reparar, lo que en la pr ctica podr a considerarse equivalente al colapso, en las siguientes im genes se presentan algunos ejemplos reales de fallas en los nodos. Figura 1. Terremoto y tsunami, 26 de diciembre de 2004 Sur Este de Asia COLUMNA d bil - viga fuerte, fracaso de las articulaciones viga - COLUMNA Centro Comercial Panta Pirak en Banda Aceh Figura 2. Terremoto y tsunami, 26 de diciembre de 2004 Sur Este de Asia Falla de la conexi n viga- COLUMNA debido a la falta de refuerzo transversal Cuatro edificios de oficinas en Banda Aceh 2 Figura 4. Terremoto, 17 de agosto de 1999, Kocaeli Turqu a Falla de las CONEXIONES viga- COLUMNA Figura 3. Terremoto, 17 de agosto de 1999, Kocaeli Turqu a Falla de las CONEXIONES viga- COLUMNA Figura.

6 5. Terremoto, 17 de agosto de 1999, Kocaeli Turqu a Falla de las CONEXIONES viga- COLUMNA Fig. 6 Fig. 8 3 2. TIPOS DE CONEXIONES Existe una gran variedad de tipos de nudos, interiores, exteriores, esquineros, exteriores con voladizo, interiores con solo dos vigas que llegan al nudo, los que tengan losa monol ticamente construida, nudos de cubierta, de entrepiso. Para el desarrollo de este art culo y por las investigaciones del ACI se considerar nicamente nudos interiores, exteriores y esquineros de entrepiso, de concreto de peso normal. 3. FUERZAS EN EL NUDO a) Interiorb) Exteriorc) EsquineroT 4T4T3T 3T 1T 2 VvigM1 VvigM2 VcolVcolAcero de lacolumnaAcero de la vigaC 1C 4C 2C de la vigaFigura 6. Principales tipos de nudos Figura 7. Fuerzas externas en el nudo 4 En la Figura.

7 7 se presenta las fuerzas externas que act an en el nudo, principio de dise o del puntal establecido por el ACI. De acuerdo al Comit ACI 352RS-02 reaprobado en el 2010, para CONEXIONES donde lleguen vigas en dos direcciones perpendiculares, el cortante horizontal en el nudo debe ser verificado independientemente en cada direcci n. La fuerza cortante de dise o debe ser calculada sobre un plano horizontal a la mitad de la altura del nudo considerando las fuerzas cortantes sobre los bordes del cuerpo libre del nudo Figuras. 8 y 9 as como tambi n las fuerzas normales de tracci n y compresi n en los miembros estructurales que llegan al nudo. Se observa que la armadura superior e inferior de las vigas originan fuerzas cortantes horizontales en el nudo, y que simult neamente, las armaduras de las columnas originan fuerzas cortantes verticales en el nudo.

8 T3C3T1C2Vj=T1 + C2 -VcolVcolC4T4C1T2 VcolVjv=T3 + C4 -VvigaVvigaVvigaT3C3C4T4C1T2T1C2 Figura 8. Fuerza cortante horizontal aplicada Figura 9. Fuerza cortante vertical aplicada 5 Representadas como T las fuerzas de tracci n, C fuerzas de compresi n, Vcol cortante generado por la COLUMNA , Vj cortante horizontal aplicado al nudo, Vviga cortante generado por la viga y Vjv cortante vertical aplicado. Las fuerzas de compresi n se analizan con el acero inferior del nudo y las de tracci n con el acero superior del nudo como se ver m s adelante en la aplicaci n de f rmulas. 4. CONTROLES EN LA CONEXI N VIGA- COLUMNA Control de la resistencia al corte Resistencia al cortante horizontal aplicado al nudo Sea: Donde: Vn es el cortante resistido por el nudo; Vj es el cortante aplicado al nudo; es el factor de reducci n de capacidad.

9 La resistencia del nudo debe regirse por los factores para estructuras que resisten los efectos s smicos, E, por medio de p rticos especiales resistentes a momento, para cortante debe ser Se calcula los momentos que se generan el nudo Las fuerzas en el refuerzo longitudinal de vigas en la cara del nudo deben determinarse suponiendo que la resistencia en el refuerzo de tracci n por flexi n es f y, es decir: Donde , capacidad a flexi n positiva y negativa de las vigas en el rango inel stico, Figura. 7; es resistencia a la fluencia del refuerzo, ; es la resistencia a la compresi n del concreto, ; es el ancho de la viga que llega al nudo, ; es la altura efectiva de la losa, ; es la armadura del refuerzo longitudinal superior de la viga; es la armadura del refuerzo longitudinal inferior de la viga.

10 6 La determinaci n de las fuerzas que act an en el nudo depende de la direcci n de an lisis que se considere, de esta manera se tiene para los tres diferentes tipos de nudos la siguiente consideraci n. Se recuerda que para cualquier caso el peralte de la COLUMNA ser paralelo al sentido de an lisis. En nudos interiores independientemente de la direcci n de an lisis, X o Y, se dise a para los momentos y . En nudos exteriores en el sentido de an lisis X perpendicular al borde, nicamente existe siendo y en el sentido de an lisis Y paralelo al borde existen los dos momentos y . En nudos esquineros se dise a para las dos direcciones X y Y perpendicular al borde, es decir, nicamente existe siendo . Cortante en la COLUMNA superior, si no existe carga axial en las vigas, tambi n ser igual al cortante en la COLUMNA inferior.