El terremoto en Chile Central-2010 Edificios dañados en Concepción y Viña del Mar.


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1 El terremoto en Chile Central-2010 Edificios dañados en Concepción y Viña del Mar. Patricio Bonelli Universidad Santa María

2 Introducción Edificio de Hormigón Armado en Maipú y Concepción

3 Temas Reconocimientos Edificios de hormigón armado, Viña del Mar y Concepción Edificio Aislado en la Base, Viña del Mar

4 Reconocimientos: Augusto Holmberg, Instituto t del Cemento y del Hormigón de Chile Rubén Boroscheck, Universidad de Chile Leonardo Massone, Universidad de Chile

5 Equipos de reconocimiento visitantes: iit t EERI team of 20+ GEER team (ground motion and geotech) UNAM Mexico team of 8 Canadian team of 5 SEAW team of 5 French team German team Venezuela/Ecuador team NSF-NEES NEES LA Tall Buildings Council ATC team ASCE team AIJ & Concrete Institute of Japan

6 Especiales agradecimientos a: José Restrepo Universidad de Califormia San Diego Joe Maffei EERI team of 20+

7 Aceleraciones Rubén Boroschek

8 Aceleraciones Desplazamientos Rubén Boroschek

9 Espectro de desplazamientos Sismos con M r >7.0, PGA>0.1, Suelo II, Zona 2, 5%, Rubén Boroschek

10 Espectro de desplazamientos Sismos con M r >7.0, PGA>0.1, Suelo I, Zona 3, 5%, Rubén Boroschek

11 Espectro de desplazamientos Sismos con M r >7.0, PGA>0.1, Suelo II, Zona 3, 5%, Rubén Boroschek

12 Espectro de desplazamientos Sismos con M r >7.0, PGA>0.1, Suelo III, Zona 3, 5%, Rubén Boroschek

13 Desplazamientos Rubén Boroschek

14 San Pedro, Concepción Rubén Boroschek

15 Concepción Centro Rubén Boroschek

16 Concepción Centro Aceleraciones originales filtradas en una banda de periodos entre 1 y 3 segundos 11 ciclos mayores a 0.10 g y más de 20 ciclos mayores a 0.05 g. Rubén Boroschek

17 Concepción Centro Rubén Boroschek

18 Movimiento del suelo en Concepción

19 Concepción

20 Viña del Mar

21 Daños en estructuras de hormigón armado Flexión con pandeo de la armadura longitudinal Flexión con falla en compresión Fallas de soportes de muros discontinuos Fallas por corte

22 Flexión con falla en compresión

23 Edificio B Viña del Mar

24 Edificio Toledo Planta primer piso

25 Edificio B Viña del Mar

26 Edificio B Viña del Mar 1.25% P=0.10 Ag fc Thomsen y Wallace o se y a ace ASCE journal 2004

27 Thomsen y Wallace ASCE journal 2004

28 Thomsen y Wallace ASCE journal % P=0.10 Ag fc

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30 Thomsen y Wallace ASCE journal 2004

31 Requerimientos de ductilidad Espectro de demanda de desplazamiento 20 a 30 cm (T > 1s) C0 = 1.5, desp. techo (sobre 10 pisos) C1 = 1.0, período alto ( inelast = elast ) C2 = 1 a 1.2 (período alto, histéresis) C3 =? (efecto P-d) Drift (20 pisos)=25*1.5 /(20*270) 0) = 0.7% Curvatura= 0.007/lp (400) = /mm ATC 40 Target displacement 400mm

32 Ductilidad Respuesta de muros T Comportamient o asimétrico TW2 Thomsen y Wallace, 2004 TW1

33 Requerimientos de ductilidad Respuesta de muros T Curvatura= 0.007/lp 007/l (400) = /mm Conf. Conf. Mod. NC Thomsen y Wallace, 2004 (curvas descriptivas difieren en de la geometría del muro real)

34 Ductilidad y daños TW1 damage % drift Muro T Chile %? drift TW2 damage 2 2.5% 5%drift Thomsen y Wallace, 2004

35 Edificio B Viña del Mar

36 Flexión en muros con pandeo de la armadura longitudinal

37 Edificio A en Viña del Ma

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39 Relación Momento-Curvatura Pandeo de una barra de refuerzo sometida a cargas cíclicas (s h /d b = 6) José Restrepo

40 Relación Momento-Curvatura Pandeo de una barra de refuerzo sometida a cargas cíclicas (s h /d b = 9) José Restrepo

41 Fractura de bajo ciclaje Pandeo en tracción! José Restrepo

42 Fractura de bajo ciclaje Pandeo en tracción! José Restrepo

43 Fractura de bajo ciclaje Pandeo de barras de refuerzo Demandas de acortamiento de hormigón y barras de refuerzo Efecto L/d b Armaduras transversales muy separadas Fractura por fatiga Pandeo inelástico Edificio Terremoto Chile 2010

44 Falla por pandeo y fatiga Pandeo de barras de refuerzo L*/d ~ 20 ó 22 (otros 10 a 20) w tranv ~ 4d (otros 4d a 6d) -> max - min >7% -> Gran degradación de compresión Fatiga bajo ciclos 5 a 10 ciclos para deformaciones altas (Brown & Kunnath, 2004 ± 3%, para L/d=6) ~4d ~20d ~22d Edificio Terremoto Chile 2010

45 Pandeo - Analítico Pérdida de capacidad en compresión por pandeo Modelo de plasticidad concentrada Variación de L/d, max L/d=14, ±0.03 Con pandeo Degradación por pandeo Sin pandeo Massone et. al, 2010

46 Fatiga de bajo ciclo Brown & Kunnath (2004) Edificio Terremoto Chile 2010

47 Relación Momento-Curvatura Carga axial constante M o Mome ento, M M n M cr 1 Ci Si Cii E c I t CiiiCiv Sii Siii Cv o Siv 0 Curvatura de fluencia inicial (la menor entre Si y Cii) 0 y u Curvatura,

48 Relación Momento-Curvatura Límites de Desempeño en el Refuerzo Longitudinal Sii) Deformación unitaria del 1% en la barra extrema a tracción s (+) s = s (-) Consecuencia: grietas residuales pueden alcanzar 0.8 mm de ancho Acción requerida: considere inyectar las grietas, especialmente si el medio ambiente es agresivo

49 Relación Momento-Curvatura Límites de Desempeño en el Refuerzo Longitudinal Siii) Comienzo del pandeo (+) c sh 10 d b s c (-) 100 s s h = hoop spacing d b = long. bar diameter Consecuencia: ninguna, imperceptible, lo único que se nota es la pérdida del recubrimiento Acción requerida: se necesita restaurar el recubrimento

50 Relación Momento-Curvatura Límites de Desempeño en el Refuerzo Longitudinal Siv) Fractura del refuerzo longitudinal (+) c 4sh db su s c and c (-) s s h = hoop spacing d b = long. bar diameter Consecuencia: pérdida rápida de la resistencia a la flexión. Fin de la capacidad de rotación. Acción requerida: reparaciones costosas, considere incluso la demolición del elemento

51 Relación Momento-Curvatura Límites de Desempeño en el Refuerzo Longitudinal Siv) Fractura del refuerzo longitudinal luego del pandeo Microgrieta

52 Edificio C -Concepción

53 Edificio Centro Mayor plantas Primer piso

54 Edificio Centro Mayor plantas Segundo piso

55 Edificio C - -Concepción

56 Edificio C - -Concepción

57 Imaginación

58 Propagación de el agrietamiento

59 Edificio C -Concepción

60 Edificio C -Concepción

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63 Muros Daño acumulado en 1 nivel Inclinación de edificios

64 Edificio E Viña del Mar

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66 Edificio F Viña del Mar

67 Edificio F Viña del Mar

68 Edificio F Viña del Mar

69 Edificio E Viña del Mar Efecto de columna corta en borde muro

70 Edificio E Viña del Mar Efecto de columna corta en borde muro Efecto de columna corta en borde muro

71 Edificio G 1985 Efecto de modos superiores La plastificación se produce en pisos superiores Viña del Mar, 1985

72 Edificio G 2010 Efecto de modos superiores La plastificación se produce en pisos superiores Viña del Mar, 1985

73 Nuevos bordes agregándose armadura longitudinal Edificio G

74 Viña del Mar Acoplamiento de muros por Losas Sistema resistente de Esqueleto - Espinas Losa acoplada Losa acoplada

75 Fallas de compresión tracción en soportes de muros discontinuos

76 Edificio C -Concepción

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82 Zona discontinua El muro debe tener una deformación compatible con las deformaciones en las columnas. La sección que está justo debajo de la losa se podría tratar como una sección de muro sin la parte que está entre las columnas, aplicando compatibilidad de desplazamientos. X CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010

83 Modelo de análisis X CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010

84 Diagrama de interacción y curvatura Carga Axial Nominal [T] Curvatura X 1.0E-03 [1/m] Curvatura máxima en la columna comprimida al fallar el muro continuo Al fluir el muro discontinuo, las columnas se comienzan a Fluencia en la base del muro continuo La columna opuesta queda traccionada deformar en doble curvatura ε su =0.12 m/m ε cu =0.032 m/m Momento [Tm] Resistencia nominal columna Trayectoria de cargas columna comprimida Trayectoria de cargas columna traccionada Fluencia columna comprimida Fluencia columna traccionada Curvatura última con confinamiento Curvatura última sin confinamiento Demanda de curvatura X CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010

85 Diagrama de interacción -1,000 Mn-Pn Llolleo Kobe Viña Del Mar -1,000 Mn-Pn Kobe Llolleo Viña Del Mar Mu-Nu Carga axial [T] Carga axial [T] Momento [Tm] Momento [Tm] Takeda con degradación X CONGRESO ACHISINA, MAYO 2010

86 Machones

87 Edificio H Concepción

88 Concepción Muros esbelto de hormigón armado con aberturas Muros cortos (perforaciones en muros y ventanas) Falla en dinteles y machones Edificio O Higgins

89 Edificio I Edificio H

90 Muro-viga o Spandrel Leonardo Massone Drift (%) Ej., Test 1 Pocas fisuras diagonales Pequeñas fisuras atravesando la 0 junta de inicio de fisuración ~50% caída de carga después del peak de capacidad drift -100 Grandes deformaciones (2%) Capacidad residual (~10 2% deformación) Lateral Displacement (in) Lateral Load (kips) 100 Test 1 p 0.3% def. 0.8% def. 1.2% def. 2% def.

91 Transferencias

92 Transferencias

93 Plantas Edificio Tricahue Primer piso

94 Plantas Edificio Tricahue Subterráneo

95 Aislación en la Base

96 Edificio J Viña del Mar

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103 Modificaciones inmediatas Limitar carga axial en elementos que deben sostener desplazamientos laterales: f c A g en muros f c A g en muros

104 Capacidad de rotación en función de la carga axial y de la cantidad de armadura transversal Diagrama Carga Axial-Curvatura Carga Axial [T] ,003 0,0077 0,0085 0,0096 0,0102 0,0114 0,0133 0,0152 0,0164 0,3Agf'c 0,7Agf'c ,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 Curvatura [1/cm]

105 Modificaciones inmediatas Si la carga axial en muros es menor que 0.25 f c A g, no es necesario confinar los bordes en los muros, pero debe restringirse el pandeo de las armaduras longitudinales. Para ello se recomienda utilizar armadura transversal que amarre todas las armaduras verticales que estén a menos de 0.15 l w de los bordes.

106 Modificaciones inmediatas Si la carga axial en muros es menor que 0.25 f c A g, no es necesario confinar los bordes en los muros, pero debe restringirse el pandeo de las armaduras longitudinales. Las armaduras transversales que amarran las armaduras verticales que están a menos de 0.15 l w de los bordes deben tener un espaciamiento menor que seis veces el diámetro de la barra que amarran.

107 Modificaciones inmediatas Todos los ganchos de estribos y amarras de confinamiento deben ser a 135 grados.

108 Confinar así No confina

109 Modificaciones inmediatas Si la carga axial es mayor que 0.25 f c A g es necesario verificar la capacidad de deformación y confinar donde se esperen acortamientos unitarios en el hormigón mayores que Un método simplificado para decidirlo está en el ACI318-08, Art

110 Modificaciones inmediatas Si la carga axial es mayor que 0.25 f c A g es necesario verificar la capacidad de deformación y confinar donde se esperen acortamientos unitarios en el hormigón mayores que Si no se hace, se obtienen diseños muy frágiles, con fallas a desplazamientos relativos menores que 0.007

111 Cantidad de armadura de confinamiento y espaciamiento

112 Cantidad de armadura de confinamiento Comportamiento del Concreto Eficiencia de la Sección Confinada

113 Cantidad de armadura de confinamiento 1 Relaciones Esfuerzo-Deformación M 2 -f c P 3 -ε c Sección Detalle

114 Modificaciones propuestas al ACI Concrete International, nov-dic 2009.

115 Modificaciones propuestas para el ACI318 Aplicar diseño por capacidad para determinar la carga axial y el corte en muros, considerando el efecto de acoplamiento de las losas.

116 Modificaciones inmediatas Agregar restricciones de esbeltez para evitar el pandeo transversal del elemento de borde y el panel Para ello estudiar recomendaciones de la norma neozelandesa y canadiense

117 Modificaciones inmediatas NCh433 Ya está escrito el borrador de la nueva NCh433. Revisar espectros de desplazamientos. Evitar aumentar la resistencia suministrada en zonas críticas, aumenta las demandas. Estudiar el efecto de la resistencia en la demanda de desplazamientos. Se introduce un Apéndice que permite el diseño por desplazamientos

118 Modificaciones de emergencia a la NCh433Of.96 Se sustituyen los espectros de diseño por los contenidos en la norma de aislación basal NCh2745. Se introduce el término C d del ASCE7-05 para calcular los desplazamientos de diseño, C d se toma igual al factor de reducción de respuesta resultante. Se limita la deriva de diseño a 0.01 para lograr un buen desempeño.

119 Efecto de la resistencia en los desplazamientos y en los daños

120 PLANTA PISO Tipo Edificio de doce pisos

121 Corte Basal [% W] Corte Basal [% W] Demanda global de resistencia VIÑA S20W E % Desplazamiento Techo MÉXICO E % Desplazamiento Techo VIÑA S20W E % Desplazamiento Techo Diseño según Diseño por NCh433.Of96 desplazamientos Registro [Tf] [% W] [Tf] [% W] Viña 2, , Llolleo 3, , México 1, , North. 3, , Kobe 3, ,

122 Momento[Tf] Demanda local en muros rectangulares 12 pisos Historia en el tiempo de Momento-Curvatura en la base VIÑA E1 3,000 2,000 1, , VIÑA E2 3,000 2,000 1, , ,000-3,000 Curvatura [1/m] -2,000-3,000 Curvatura [1/m] Momento[Tf] NORTHRIDGE E1 3,000 2,000 1, , ,000-3,000 Curvatura [1/m] Ensayo monotónico Acortamiento maximo Ho sin confinar NORTHRIDGE E2 3,000 2,000 1, , ,000-3,000 Curvatura [1/m]

123 Momento [Tf-m] 3,000 2,500 2,000 1,500 1, Se requiere confinar bordes Diseño según NCh433Of.96 Diseño por desplazamientos Viña Llolleo México Northridge Kobe Curvatura [1/m] Diseño según NCh433Of.96 Muro rectangular edificio de 12 pisos 16φ22 V 20 A.C. Diseño por desplazamientos 16φ22 8φ18 V 20 A.C. 8φ18

124 CAPACIDAD DE DEFORMACIÓN Y RESISTENCIA Edificio de doce pisos Falla al corte en la base de muros rectangulares Formación del mecanismo de colapso εcu=0.004 en la base de muro T- εcu=0.004 en la base de muro rectangular εcu=0.004 en la base de muro T+ Corte Basal [% Peso] Fluencia en la base de Muro T+ Fluencia en 2º Piso de muro T+ Fluencia en la base de muro T- Fluencia en 2º Piso de muro T- Falla por aplastamiento del hormigón confinado (εcu=0.01) en la base de muro T Desplazamiento del Techo [% H] Edificio diseñado según la norma NCh433Of.96

125 Corte basal [% Peso] Valor Desplazamiento del techo [%H] Carga uniforme, E1 Carga uniforme, E2 Carga triangular, E1 Carga triangular, E2 Pto. de falla Ho no confinado Elástico NCh433 Pto. de falla Ho confiado Corte elástico NCh433 Corte Reducido NCh433 Diseño con NCh433 Diseño por deslpazamientos Vbasal % W R** Triangular Uniforme Triangular Uniforme Edificio de 12 pisos La capacidad de deformación no cambia con la resistencia. Los factores de reducción a la fluencia global son del orden de 2.1 a 2.7 en el diseño con la norma chilena En el diseño por desplazamientos resultan entre 3.6 y 4.6.

126 20-floor concrete frame beam rotation vs base shear coefficient Rotation (Radians) Vo/W

127 Niveles de comportamiento estructural. Y P = capacidad de desplazamiento inelástico S A P P P P Fuerza sísmica Fluencia Nominal Colapso Nominal Envolvente de respuesta estructural Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Nivel 4 Nivel 5 (1) (2) (3) (4) (5) Desplazamiento (IDDR: índice de demanda de desplazamiento inelástica) S D

128 reflexiones En el estudio de edificios dañados y en los proyectos de reparación o de refuerzo, los estudios deben ser analíticos, con métodos no lineales, basándose en resultados experimentales. Los resultados analíticos deben compararse con lo observado y en caso necesario, con nuevos ensayos que confirmen o rechacen las explicaciones propuestas.

129 reflexiones El edificio responde al sismo con la estructura como está construida y con las propiedades de los materiales que tienen en ese instante

130 Muchas gracias por la atención FIN

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