Estudio del comportamiento sísmico de placas alveolares como sistema de diafragma de piso

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Detalles del Proyecto

Cliente

Colciencias - Titan
Año Inicio
2014
Año Fin
2016

Grupo de Trabajo

Director Técnico

Juan Francisco Correal Daza

Coordinador

Juan Sebastián Echeverry

Investigadores

Juan Carlos Reyes
Luis Eduardo Yamin
Nelson Angel
Christiam Angel
Víctor Hidalgo

Descripción

El objetivo general de este proyecto es estudiar el comportamiento sísmico de diafragmas de piso conformados por placas alveolares sin sobrelosa compuesta vaciada en sitio y por conexiones con barras de refuerzo al sistema de resistencia sísmica, con el fin de garantizar la integridad estructural del sistema de diafragma ante solicitaciones sísmicas dependientes de la amenaza, el sistema estructural, la altura de la edificación, la configuración estructural y la flexibilidad del diafragma.

Establecer la magnitud y distribución de las fuerzas sísmicas de diseño de los diafragmas considerando parámetros relativos al sistema estructural de carga lateral y al diafragma.
Determinar la capacidad de las diferentes conexiones entre el diafragma de piso conformado por placas alveolares sin sobrelosa compuesta vaciada en sitio y el sistema de carga lateral.
Investigar el comportamiento sísmico de diafragmas de entrepiso conformados por placas alveolares sin sobrelosa compuesta vaciada en sitio, mediante estudios de tipo experimental y analítico.
Proponer recomendaciones de análisis y diseño de diafragmas de entrepiso conformados por placas alveolares.

Objetivos

El Problema

En estructuras de concreto prefabricado, como es el caso de los sistemas de piso o cubierta compuesto por placas alveolares, las conexiones entre el sistema de piso al sistema de carga lateral (pórticos y/o muros) es uno de los parámetros más relevantes que definen el comportamiento dinámico de una estructura. Un aspecto fundamental para el uso adecuado del sistema de placas alveolares como sistemas de piso sin incorporar sobrelosa compuesta vaciada en sitio, es el relacionado con la determinación de la capacidad de las conexiones, tanto en los alveolos como en las juntas longitudinales mediante el uso de dovelas de acero (barras corrugadas), que garanticen la integridad estructural y la acción de diafragma de piso o cubierta ante un evento sísmico.

En la actualidad este tema ha sido resuelto de manera parcial, sin profundizaciones exhaustivas, restringiendo o limitando el uso de los sistemas prefabricados en algunas aplicaciones específicas. Tal es el caso del comportamiento sísmico de los diafragmas de piso compuestos por placas alveolares sin sobrelosa compuesta vaciada en sitio y sus conexiones al sistema de carga lateral, ya que existen muy pocos estudios que profundicen en el comportamiento sísmico de las juntas longitudinales entre placas alveolares, y prácticamente no hay información del comportamiento de las conexiones de las placas alveolares a los sistemas de carga lateral bajo solicitaciones sísmicas, produciéndose recomendaciones de diseño conservadoras que limitan el uso potencial de los sistemas prefabricados como las placas alveolares

El comportamiento cíclico de las probetas de diafragmas con placas alveolares sin capa de compresión está altamente afectado por la resistencia a cortante de las juntas longitudinales y el mecanismo de puntales diagonales que se desarrolla entre las esquinas opuestas de las placas alveolares.
Las probetas de diafragmas con placas alveolares sin capa de compresión presentaron un comportamiento cíclico adecuado, con capacidad de redistribución y sin degradación de resistencia, incluso para distorsiones de cortante del orden de g=2.0%.
El comportamiento cíclico de las probetas de diafragmas con placas alveolares con capa de compresión está altamente afectado por el desempeño de la capa de compresión.
Se propone el método de Stringer-Panel como una herramienta de análisis orientada a diseño de diafragmas con placas alveolares sin capa de compresión, con relación de aspecto baja y que no estén controlados por altas demandas de deformaciones a flexión en el plano del diafragma. Para los paneles se propone utilizar un factor de reducción del módulo de cortante .

La solución

El comportamiento general de capacidad de una junta entre dos concretos fundidos en etapas diferentes coincide con lo obtenido a partir de los ensayos experimentales y la modelación numérica. Se observó que, a partir de patrones de rugosidad perpendiculares a la carga, sean unidireccionales o bidireccionales, se aumenta la capacidad de la interfaz en al menos 100% con respecto a una superficie lisa. Además, si se garantiza un mecanismo de traba, al reducir el espaciamiento entre ranuras se aumenta la capacidad en al menos 60% más, siempre y cuando no se pierda la integridad de las texturas. Si no hay un mecanismo de traba cambiar el espaciamiento no tiene efecto.
El análisis de confiabilidad estructural realizado para los valores de demanda, determinados experimentalmente, y la capacidad, calculada a partir de modelos numéricos, indica que ninguna de las texturas evaluadas garantiza un índice de confiabilidad estructuralmente aceptable. Por lo tanto, para proponer valores de diseño se calculan factores de seguridad que corresponden a 6.0 para una junta lisa, de 2.0 para una junta con patrones de rugosidad ortogonales espaciados 40 [mm] y de 2.5 para una junta con patrones de rugosidad ortogonales espaciados 80 [mm].
Se puede aumentar la capacidad de acción compuesta en diafragmas conformados por losas alveolares con capa de compresión, a partir de patrones de rugosidad bidireccionales trazados en el elemento prefabricado durante su fabricación. Para el diseño, una junta lisa tiene una resistencia de 0.13 [MPa], una junta con patrones de rugosidad ortogonales espaciados 40[mm] tiene una resistencia de 0.65 [MPa] y una junta con patrones de rugosidad ortogonales espaciados 80 [mm] tiene una resistencia de 0.45 [MPa]
A partir de los resultados de los modelos numéricos de edificios se concluye que el asumir acción compuesta como hipótesis de diseño disminuye hasta en 3 veces la magnitud de los esfuerzos. Además, las estructuras con punto fijo generan concentración de esfuerzos mientras los muros perimetrales distribuyen los flujos más uniformemente. Estas dos medidas son eficientes para disminuir la cantidad de refuerzo del diafragma que va embebido dentro de la capa de compresión.