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  1. Facultad de Ingeniería en Ciencias de la Tierra Tesis de Grado: “Rehabilitación Sísmica de Pórticos de Acero Resistentes a Momento con Conexiones Postensadas y Elementos de Fricción” Presentada por: Martha Caballero Vinueza

  2. Contenido • Introducción • Objetivos • Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción (CPEF) • Investigación Previa • Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • Modelo Analítico • Diseño por Desempeño • Evaluación Sísmica de Edificios Existentes • Conclusiones

  3. Contenido • Introducción • Objetivos • Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción (CPEF) • Investigación Previa • Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • Modelo Analítico • Diseño por Desempeño • Evaluación Sísmica de Edificios Existentes • Conclusiones

  4. Introducción • Enero 17 de 1994; 4:30am • Sismo de Northridge (Valle de San Fernando) • 32 km. NO del centro de LA • M = 6.7 • US$ > 20 billones en daño (Bruneau et al. 1998) • Uno de los desastres más costosos en EE.UU. • 61 muertes y 9000 heridos

  5. placa de continuidad E70T-4, tip. placa de cortante agujero de acceso para la soldadura barra de respaldo zona de panel IntroducciónConexión Pre-NorthridgeViga con alas soldadas y alma empernada • 1965-1994 • Soldadura de arco con núcleo fundente • Popular en EE.UU. y en muchos países • Se creía que era dúctil • Capaz de resistir los ciclos repetidos a grandes niveles de deformación inelástica

  6. E70T-4, tip. placa de cortante Agujero de acceso para la soldadura zona de panel barra de respaldo IntroducciónIdentificación de los Daños(FEMA 351) • Fallas frágiles • Inspección en 250 edificios - 1/3: No daños - 1/3: defectos constructivos. En la raíz de soldadura Inicialmente fueron reportadas como daño -1/3: Daños relacionados al sismo • Edificios bajos y medianos (1 a 27 pisos) • No hubo colapsos

  7. IntroducciónCausas de los Daños(FEMA-352) • Baja tenacidad de la soldadura • Elevados esfuerzos de fluencia en vigas • Concentraciones de esfuerzos • Poca redundancia • Zonas de panel extremadamente débil • Presencia de la losa compuesta • Detallamiento pobre • Pobre mano de obra e inspección

  8. Hay miles de edificios con conexiones Pre-Northridge Dar solución a estructuras que pudieran fallar en forma frágil. Introducción ¿Porqué Rehabilitar PARM con CPEF?

  9. (U. Lehigh, Ricles et al. 2002) IntroducciónConexión Soldada a Momento Daño estructurales necesario para disipar la energía del sismo

  10. IntroducciónRehabilitación sísmica de pórticos de acero resistentes a momento Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF) • Daño estructuralno es necesario para disipar energía • Sistema desarrollado para edificios nuevos: Universidad Lehigh y Centro ATLSS, PA-USA • Sistema desarrollado para la rehabilitación sísmica de edificios existentes: ESPOL

  11. Contenido • Introducción • Objetivos • Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción (CPEF) • Investigación Previa • Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • Diseño por Desempeño • Modelo Analítico • Evaluación Sísmica de Edificios Existentes • Conclusiones

  12. Objetivos • Evaluar el desempeño sísmico de pórticos de acero resistentes a momento con CPEF en edificios existentes. • Comparar el desempeño sísmico entrepórticos de acero resistentes a momento rehabilitados con CPEF y conexiones soldadas convencionales en edificios existentes.

  13. Contenido • Introducción • Objetivos • Conexiones Postensadas con Elementos de Fricción (CPEF) • Investigación Previa • Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • Modelo Analítico • Diseño por Desempeño • Evaluación Sísmica de Edificios Existentes • Conclusiones

  14. Elementos de Fricción Placa de Latón Placa de Fricción Placa Exterior Placa de Relleno Placa de Refuerzo Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Detalles Torones postensados Elevación Anclajes Placa de Cortante

  15. qr f M Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Modelo Analítico Simplificado qr = rotación relativa centro de rotación M = Pd2 + Ffd1

  16. placa con agujeros de ranura larga M Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Comportamiento M qr

  17. placa con agujeros de ranura larga M Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Comportamiento M Descompresión qr rigidez inicial similar a una conexión a momento soldada totalmente restringida

  18. placa con agujeros de ranura larga M Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Comportamiento M Rot. inminente Descompresión qr

  19. placa con agujeros de ranura larga qr Región de abertura M Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Comportamiento M Rot. inminente Descompresión qr

  20. placa con agujeros de ranura larga qr M Rot. Inminente Descompresión qr Región de cierre de abertura Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Comportamiento M

  21. placa con agujeros de ranura larga qr M Rot. Inminente Descompresión qr Región de cierre de abertura disipación de energía Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Comportamiento M conexión se auto-centra (no daño)

  22. Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF)Ventajas • Capacidad de disipación de energía (elementos de fricción) • Capacidad de auto-centrarse (no deriva de entrepiso permanente) • Viga, zona de panel y columna se mantienen esencialmente en el rango elástico • Ductilidad • Tecnología de construcción existente • Rigidez inicial similara la rigidez de conexiones a momento soldadas

  23. Contenido • Introducción • Objetivos • Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF) • Investigación Previa • Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • Modelo Analítico • Diseño por Desempeño • Evaluación Sísmica de Edificios Existentes • Conclusiones

  24. Placa exterior Placa de fricción Superficies de fricción Investigación PreviaConexión Empernada Rotacional (CERARL)(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)

  25. Acero Latón Comportamiento errático Comportamiento estable Investigación PreviaConexión Empernada Rotacional (CERARL)(U. de Berkeley; Grigorian y Popov 1992)

  26. Investigación PreviaConexión Empernada Rotacional (CERARL)(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)

  27. Investigación PreviaConexión Empernada Rotacional (CERARL)(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995)

  28. Investigación PreviaConexión Empernada Rotacional (CERARL)Conclusiones(U. de Berkeley; Yang y Popov 1995) • Excelente disipación de energía • Mejor que cualquier otra conexión a momento • No hay degradación de resistencia • No hay daño en los elementos estructurales • Similares ciclos histeréticos analíticos y experimentales

  29. Ángulos Torones postensados Investigación PreviaConexiones Postensadas (CPT):Ensayos Experimentales(U. Lehigh; Garlock 2002) Viga: W 36x150 — Columna: W 14x398

  30. Investigación PreviaConexiones Postensadas (CPT):Ensayos Experimentales(U. Lehigh; Garlock 2002) Parámetros Ns = número de torones To = fuerza total de postensado inicial Lrp= longitud de la placa de refuerzo

  31. Investigación PreviaConexiones Postensadas (CPT):Ensayos Experimentales(U. Lehigh; Garlock 2002)

  32. Investigación Previa Conexiones Postensadas (CPT): Ensayos Experimentales (U. Lehigh; Garlock 2002)

  33. Investigación Previa Conexiones Postensadas (CPT): Ventajas (U. Lehigh, Garlock 2002) • Capacidad de auto-centrarse (no deriva de entrepiso permanente)

  34. Investigación PreviaConexiones Postensadas (CPT): Conclusiones(U. Lehigh; Garlock 2002) • Adecuada resistencia, rigidez, ductilidad, y capacidad de auto-centrarse • Deformación inelástica concentrada en los ángulos. Fácilmente reemplazables • Viga/columna y zona de panel permanecen en el rango elástico • No soldadura de campo

  35. Investigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)(U. Lehigh; Petty 1999)

  36. Ensayos a nivel de componentes para estudiar las superficies acero-latón : Ensayos de Placas Dobles a Fricción Ensayos de Ángulos Dobles a Fricción Investigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF)(U. Lehigh; Petty 1999)

  37. Para estudiar las superficies latón-acero (similar a elementos de fricción en las alas de las vigas) Investigación Previa Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) (U. Lehigh; Petty 1999) Ensayos de Placas Dobles a Fricción

  38. Para estudiar el comportamiento de ángulos dobles Investigación Previa Conexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) (U. Lehigh; Petty 1999) Ensayos de Ángulos Dobles a Fricción

  39. Coeficientes de fricción estático y cinético son muy similares Usar un coeficiente de fricción de 0.45 Placas latón-acero producen una fuerza de fricción estable Ff = 2mN (Teoría de Coulomb) Ángulos dobles a fricción pueden ser una forma viable de disipar energía en una CPT de acero Investigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF): Conclusiones (U. Lehigh; Petty 1999)

  40. D Investigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) para Edificios Nuevos (U. Lehigh; Rojas 2003) • Análisis lateral estático (pushover) • Análisis dinámicos con ocho registros de aceleraciones a nivel DBE y MCE

  41. Investigación PreviaConexiones PT con Elementos de Fricción (CPEF) para Edificios Nuevos(U. Lehigh; Rojas 2003) Conclusiones: • Desempeño sísmico superior a un pórtico resistente a momento con conexiones soldadas convencionales • Capacidad auto-centrante

  42. Contenido • Introducción • Objetivos • Conexión Postensada con Elementos de Fricción (CPEF) • Investigación Previa • Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • Modelo Analítico • Diseño por Desempeño • Evaluación Sísmica de Edificios Existentes • Conclusiones

  43. Hay miles de edificios con la conexión soldadas a momento Daño significativo de acuerdo a la filosofía de diseño actual ante sismos severos (en especial MCE). Colapso es posible si réplicas severas ocurren en el edificio dañado. Rehabilitación de Edificios Existentes¿Porqué usar CPEF en PARM?

  44. W24x76 W30x108 W14x311 13´ W30x108 13´ W36x150 W14x398 13´ W36x160 13´ W36x160 W14x426 13´ 15´ 6-pisos : 6 luces @ 30 ft = 180 ft ELEVACION 4 @ 30' = 120' --- PLANTA --- Rehabilitación de Edificios ExistentesPARM-TR

  45. Rehabilitación de Edificios ExistentesProceso Constructivo Apuntalar Viga

  46. Rehabilitación de Edificios ExistentesProceso Constructivo Remover conexión y acción compuesta de losa Apuntalar Viga

  47. Rehabilitación de Edificios ExistentesProceso Constructivo Placas de refuerzo y Elementos de Fricción

  48. Rehabilitación de Edificios ExistentesProceso Constructivo Agujeros en alma de viga

  49. Rehabilitación de Edificios ExistentesProceso Constructivo Placa de cortante

  50. Colocar torones postensados Rehabilitación de Edificios ExistentesProceso Constructivo Placa de cortante