06/B203

Comportamiento no lineal de nudos de pórticos dúctiles de hormigón armado sometidos a la  acción de terremotos.
Non linear behavior of reinforced concrete ductile frame joints under earthquake loads.

Director: LLOPIZ, Carlos Ricardo
Correo Electrónico: ciescrllopiz@itcsa.net

Co-Director: SEGERER, Maximiliano

Integrantes: QUIROGA, Eduardo Daniel; VEGA, Eduardo; FONTE, Rosana; TORRISI, Gonzalo; NANCLARES, Germán; JIMENES, Mariana; FURLAN, Sebastián; PIZZOGLIO, Diego; GARCIA, Ramiro.

Resumen Técnico: Los pórticos de hormigón armado constituyen, junto a los sistemas de tabiques aislados y tabiques acoplados, uno de los sistemas estructurales más utilizados en los edificios de mediana y gran altura construidos en zonas de alta agitación sísmica. Para que tengan un comportamiento satisfactorio en rango no lineal de grandes deformaciones que imponen fuertes sismos, es fundamental que las fuentes de disipación de energía se localicen en zonas que no comprometen la estabilidad del edificio y que además garanticen un comportamiento dúctil. En los pórticos las rótulas plásticas se ubican por lo general en los extremos de las vigas y en la parte inferior de las columnas. Muchas investigaciones se han llevado a cabo sobre el comportamiento de columnas, losas  y vigas, tanto en el extranjero como en nuestro país. Sin embargo, las uniones de vigas y columnas no han sido objeto de investigaciones experimentales en particular en nuestro país. Los terremotos recientes, en particular a partir de 1985, han demostrado que los nudos cumplen un rol fundamental en el comportamiento de pórticos de hormigón armado. Si dentro del nudo se producen por fallas de corte y/o adherencia esto se traducirá en una degradación excesiva de la rigidez y resistencia de todo el pórtico. Tradicionalmente se ha considerado que (i) los nudos poseen infinita rigidez y resistencia y (ii) las solicitaciones de corte son similares a las que ocurren en los elementos que llegan al nudo. Ambas suposiciones son erróneas. A la luz de lo observado en los terremotos y confirmado por los experimentos llevados a cabo principalmente en Japón, Estados Unidos y Nueva Zelanda, los nudos que no son correctamente diseñados y detallados pueden en forma no intencional transformarse en zonas de disipación de energía pero con mecanismos frágiles como lo son las fallas de corte, anclaje y adherencia. Por otro lado, el reconocer que el nudo no es simplemente un encuentro de barras lineales en un punto sino que tiene dimensiones, ancho, largo  y altura en cada plano de encuentro, pone a la luz que los esfuerzos de cortes que inducen las vigas y columnas que se unen son varias veces mayor que las que esos elementos soportan en sus extremos. Además, la presencia de la losa en el nudo generalmente es ignorada tanto en el diseño como en los análisis para determinar la real capacidad de los miembros concurrentes al nudo. También existe en nuestro país muy poca investigación experimental que incorpore la presencia de las losas. Cuando la estructura es sometida a la acción sísmica, la naturaleza reversible de esta impone alternativamente solicitaciones de momentos positivos y negativos en el sistema viga-losa cuyas características son muy diferentes por la presencia de la losa. El principal objetivo de este proyecto analítico-experimental es el de verificar los mecanismos de resistencia de los nudos, a partir del ensayo de nudos externos e internos, con losas y sin losas. Se evaluarán las disposiciones de los nuevos reglamentos argentinos de construcción, en particular las disposiciones que contiene el CIRSOC 201-2005 y el INPRES CIRSOC 103-parte 2-2005. Estos reglamentos forman parte del nuevo paquete de normas que rigen en Mendoza para la obra pública y en ciertas municipalidades para la obra privada también. Existen diferencias muy importantes en la filosofía de diseño adoptada por el ACI-318 y por el NZS:3101, reglamentos de EEUU y de Nueva Zelanda, que son los que se han adoptado como base de nuestras normas. Además, las diferencias con las normas DIN 1045, base de los recientemente reemplazados CIRSOC, son mucho mayores. El plan de investigación experimental apunta a simular, a través de ensayos cuasi-estáticos, es decir con carga estática pero reversible, las condiciones de reversión de esfuerzos y deformaciones que se producen durante un sismo, aplicando diversos grados de demandas de ductilidad. Se estudiarán además nuevos criterios de armado de las vigas, muy diferentes a los tradicionales, que pueden llevar a un mejor comportamiento del nudo. Se espera poder dar lineamientos claros y prácticos con relación al detalle de los nudos de pórticos.

Summary: Reinforced Concrete Frames are, along with isolated and coupled walls, one of the structural systems most used in medium and high rise buildings constructed in areas of high seismicity. For having a satisfactory performance in the non linear range for the large deformations imposed by demanding quakes it is of fundamental importance that the source of energy dissipation be located in regions not compromising the overall stability of the buildings and as well as assuring a ductile behaviour. Plastic hinge in frames normally are allocated at the ends of girders and at the base of the columns. There is a good amount of research carried out on isolated beams, slabs and columns, not only abroad but also in Argentina. However, beam-slab-column joints have not been the object of research, particularly in our country. Recent earthquakes, mainly from 1985, have demonstrated that joints play a crucial role in the reinforced concrete frame response. If shear or bond failures are permitted to occur in the joints it may lead to lose of stiffness and strength of the whole structure. Traditionally it has been claimed that (i) joints supply infinite stiffness and strength, and (ii) induced joint shear forces are similar to those corresponding to the attached members. Both assumptions are wrong. After observing damage caused by earthquakes and confirmed by experimental research conducted in Japan, USA and New Zealand, joints not properly designed and detailed induce non intentional brittle energy dissipation regions as those derived from shear, anchorage and bond premature failures. Furthermore recognizing that the joint is not a point where members meet but a region with dimensions, width, length and height, on each crossing plane lead to the conclusion that resulting shear forces in joints are much larger than that corresponding to the framing members ends. In addition to that, the presence of the slab in the joint is generally ignored not only in the design but also in the analyses procedure to determine real capacity of members at joint location. Little research exists about the inclusion of slabs in the joint system in our country. Under seismic attack reversion of loads and deformations mobilize different mechanisms of resistance in the regions depending upon the slab is under tension or compression. The main objective of this analytical-experimental project  is to verify the main resistance mechanisms by testing internal and external joint subassembages incorporating slabs. New code argentine regulations will be examined, particularly those included in the CIRSOC 201-2005 and INPRES CIRSOC 103-part 2-2005. These regulations are part of a new package of codes which are enforced for public and private construction in some areas of Mendoza. There exist large differences in the approaches adopted by the ACI-318 and the NZS:3101 both selected as base of our regulations: ACI for gravity and NZS for seismic actions. The experimental research program will try to simulate through reversion of loads and displacements the conditions arising in the joints during large earthquakes whit large demands in ductility. New criteria for distributing steel in girders which may lead to a better joint response will also be investigated. It is expected to formulate clear and practical rules regarding joint detailing.