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ANEJO 12 |
1 Alcance
En este anejo se describen los requisitos especiales que se recomiendan para estructuras de hormigón estructural sometidas a acciones sísmicas, complementarios a las disposiciones establecidas en la Norma de Construcción Sismorresistente NCSE-94
La NCSE-94, Norma de Construcción Sismorresistente: Parte General y Edificación, y la IAP, Instrucción sobre las Acciones a considerar en el Proyecto de Puentes de Carretera, establecen espectros elásticos de respuesta, que pueden ser modificados sustancialmente teniendo en cuenta la capacidad de la estructura de comportarse de forma dúctil, es decir, de trabajar en un rango de comportamiento no lineal sin pérdida significativa de resistencia.
La NCSE-94 establece como niveles de ductilidad: Muy alta (m =4), Alta (m =3), Baja (m =2) y Sin ductilidad (m =1).
El nivel de ductilidad de una estructura depende del tipo estructural, materiales, características geométricas, etc., además de los detalles estructurales y constructivos, para los que se establecen en este Anejo algunas recomendaciones.
A efectos del comportamiento frente al sismo se recomienda utilizar los tipos estructurales, detalles constructivos, etc., que proporcionen a la estructura la mayor ductilidad posible, especialmente si la aceleración sísmica de cálculo es elevada.
2 Bases de proyecto
Las bases de proyecto para estructuras sometidas a acciones sísmicas son las que se establecen en el Título 1º, Bases de proyecto, de esta Instrucción. En el Articulo 13º, Combinación de Acciones, la combinación de la acción sísmica con las restantes acciones se considera como una situación accidental especial definida como situación sísmica.
Como valores representativos cuasipermanentes de las acciones variables, Y2,i Qk,i ,se tomarán los indicados en las distintas normas de acciones.
3 Análisis estructural
La NCSE-94 y la IAP-98 establecen diferentes métodos de análisis de los efectos de la acción sísmica sobre una estructura:
- Estudio dinámico directo, en el dominio del tiempo o de la frecuencia, con un modelo elástico lineal o no lineal a partir de acelerogramas representativos del movimiento del suelo.
- Análisis modal espectral empleando un espectro de respuesta.
- Método simplificado de cargas estáticas equivalentes, aplicables cuando se cumplen estrictas limitaciones geométricas o de forma.
Todos estos métodos son aplicables a estructuras de hormigón estructural teniendo en cuenta los requisitos y comentarios del Titulo 2º: Análisis estructural.
Cuando se considera un comportamiento dúctil para la estructura, debe comprobarse especialmente el efecto de segundo orden causado por las deformaciones, evaluadas teniendo en cuenta la degradación de rigidez sufrida por la estructura
Las condiciones de rigidez de una estructura y, consecuentemente, los esfuerzos inducidos por la acción sísmica, pueden variar considerablemente debido a la influencia de elementos no estructurales, tales como tabiques o muros de cerramiento. El modelo utilizado para el análisis de los esfuerzos tiene que tener en cuenta este efecto, y en proyecto deben definirse todos los detalles necesarios para garantizar que en la estructura se reproduzcan las condiciones de colaboración, o no, de estos elementos, en la capacidad resistente de la estructura, tal como se ha previsto en proyecto.
4 Materiales
Los aceros de armaduras pasivas recomendados para garantizar un comportamiento de ductilidad elevada son los que cumplen las siguientes condiciones:
e
max ³ 9%Un tipo de acero que cumple las condiciones de ductilidad exigidas es el acero soldable con características especiales de ductilidad B 400 SD, normalizado en UNE 36065:98 EX. Dicho acero, constituido por barras corrugadas cuyos diámetros se ajustan a la serie: 6 - 8 - 10 - 12 - 14 - 16 - 20 - 25 - 32 - 40 mm, debe cumplir los requisitos técnicos fijados en dicha norma, entre los cuales se hallan los de adherencia que se establecen en 31.2 y los relativos a características mecánicas mínimas garantizadas, que se recogen en la tabla siguiente:
Tabla A.12.1
Características mecánicas garantizadas de las barras corrugadas de acero B
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Designación |
Clase de acero |
fy [N/mm2] no menor que (1) |
fs [N/mm2] no menor que (1) |
fy real / fy nominal |
Alargamiento de rotura sobre base de 5 cm |
e max |
fs/fy en ensayo (2) |
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B 400 SD |
Soldable con características especiales de ductilidad |
400 |
480 |
£ 1.20 |
³ 20% |
³ 9% |
³ 1,20£ 1,35 |
(1) Para el cálculo de los valores unitarios se utilizará la sección nominal.
(2) Relación mínima y máxima admisible entre la carga unitaria de rotura y el límite elástico obtenido en cada ensayo.
Los requisitos técnicos de UNE 36065:98 EX incluyen, además de las características de soldabilidad, adherencia y mecánicas indicadas en el articulado, requisitos de resistencia a fatiga, coincidentes con los valores indicados para armaduras pasivas en 38.10 de esta Instrucción, y de resistencia a carga cíclica de gran amplitud (3 ciclos completos de histéresis).
De acuerdo con los resultados experimentales disponibles, la capacidad de un elemento de desarrollar un comportamiento dúctil es función de la longitud de la rótula plástica que se forma, y ésta, entre otras cosas, de la relación fs/fy, del acero utilizado. Por esta razón, en este anejo, se establece un valor mínimo de fs/fy de 1,20.
Por otra parte, durante la formación de la rótula plástica, el acero se deforma y consecuentemente puede alcanzar su máxima capacidad resistente lo que conlleva un aumento de la capacidad resistente a flexión y a un aumento de los esfuerzos asociados (cortante, tracción o compresión en zonas de anclaje, etc.). Por esta razón debe limitarse superiormente la relación fs/fy que en este anejo se establece no mayor que 1,35, y establecerse unos criterios adecuados que conduzcan a una mayor capacidad resistente en esa zona de los esfuerzos asociados, que garanticen el fallo dúctil por tensiones normales.
5 Elementos estructurales
5.1 Generalidades
En lo que sigue se establecen unos requisitos dimensionales y de disposición de armaduras que aseguran un comportamiento de ductilidad alta para las diferentes magnitudes de la acción sísmica, de acuerdo con la experimentación disponible y el comportamiento real de estructuras sometidas a sismo.
Los requisitos relativos a dimensiones mínimas o a cuantías máximas están, en general, establecidos para evitar una excesiva concentración de armaduras o una inadecuada ejecución de las zonas de mayor responsabilidad estructural.
Los requisitos relativos a armaduras longitudinales, en cuanto a cuantías mínimas en secciones y distribuciones a lo largo del elemento, están establecidos teniendo en cuenta, principalmente, la reversibilidad de momentos y el cambio de las leyes de esfuerzos a lo largo del elemento debido al comportamiento no lineal supuesto.
Los requisitos relativos a armaduras transversales están establecidos, principalmente, con el fin de confinar el hormigón comprimido, evitar el pandeo de la armadura comprimida y aumentar la resistencia a cortante.
Por último, los criterios generales relativos a las condiciones de anclaje se establecen para tener en cuenta el deterioro de estas características resistentes debido a la acción de las cargas cíclicas alternadas.
5.2 Vigas
Este apartado se refiere a elementos que trabajan fundamentalmente a flexión y cumplen las siguientes condiciones:
- El esfuerzo axil de compresión de cálculo reducido, debido a la situación sísmica, cumple:
- La relación ancho/canto no será menor que 0,3.
- La luz del vano no será menor que cuatro veces el canto útil del elemento.
- El ancho de la viga no será inferior a 250 mm ni superior al ancho del apoyo o pilar que la recibe más 0,75 del canto de la viga.
En relación con el anclaje y solapo de las armaduras se cumplirán las siguientes indicaciones:
- Las longitudes de anclajes de las armaduras se aumentarán 10Ø respecto a las definidas para cargas estáticas en 66.5.
- Los empalmes de las armaduras se alejaran, en lo posible, de las zonas próximas a los extremos, en una longitud de dos veces el canto de la viga, o de las zonas donde se prevea la formación de rótulas plásticas.
Figura A.12.1
Para estructuras en las que se quiera conseguir un nivel de ductilidad muy alto las vigas deberán cumplir los siguientes requisitos, relativos a disposición de armaduras.
- Armadura longitudinal
La armadura longitudinal estará constituida, al menos, por 4Ø16 dispuestos a lo largo de toda la longitud, dos en cada cara. En cualquier caso no se dispondrá, en un paramento traccionado, una cuantía geométrica superior al 2,5%.
La capacidad resistente a flexión positiva en el apoyo no será inferior a la mitad de la capacidad resistente de esta sección a flexión negativa. Simplificadamente, esta condición se cumple si se dispone en los extremos de las vigas una armadura comprimida no inferior a la mitad de la traccionada. En cualquier caso, ninguna sección a lo largo de la viga tendrá una capacidad resistente a flexión positiva o negativa inferior al 25% de la capacidad resistente máxima a flexión negativa de los extremos.
- Armadura transversal
La capacidad resistente a cortante de las secciones será, al menos, un 25% superior a la requerida por el cortante de cálculo para situación sísmica.
En cuanto a la disposición de la armadura transversal se seguirán las siguientes indicaciones (figura A.12.1):
- En las zonas extremas de la viga, en una longitud igual al menos a dos veces el canto desde la cara del apoyo hacia el interior del vano, se dispondrán cercos cerrados de diámetro mayor o igual que 6 mm y separados a distancias no mayores que la menor de las siguientes:
- Un cuarto del canto de la viga
- 6 veces el diámetro de la barra longitudinal comprimida de menor diámetro.
- 24 veces el diámetro utilizado para la armadura transversal.
- 150 mm.
- En las zonas centrales son de aplicación los requisitos generales establecidos por esta Instrucción.
Para estructuras en las que se quiera conseguir un nivel de ductilidad alto, las vigas deben cumplir los siguientes requisitos, relativos a disposición de armaduras.
- Armadura longitudinal
La armadura longitudinal estará construida, al menos, por 4Ø14 dispuestos a lo largo de toda la longitud, dos en cada cara. En cualquier caso, en el paramento traccionado, no se dispondrá una cuantía geométrica superior al 2,5%.
La capacidad resistente a flexión positiva en el apoyo no será inferior al tercio de la capacidad resistente de esta sección a flexión negativa. Simplificadamente, esta condición se cumple si se dispone en los extremos de las vigas una armadura comprimida no inferior al tercio de la traccionada En cualquier caso, ninguna sección a lo largo de la viga tendrá una capacidad resistente a flexión positiva o negativa inferior al 20% de la capacidad resistente máxima a flexión negativa de los extremos.
- Armadura transversal
La capacidad resistente a cortante de las secciones será, al menos, un 25% superior a la requerida por el cortante de cálculo para situación sísmica.
En cuanto a la disposición de la armadura transversal se seguirán las siguientes indicaciones (figura A.12.2):
- En las zonas extremas de la viga, en una longitud igual al menos a dos veces el canto desde la cara del apoyo hacia el interior del vano, se dispondrán cercos cerrados de diámetro mayor o igual que 6 mm y separados a distancias no mayores que la menor de las siguientes:
- Un cuarto del canto de la viga.
- 8 veces el diámetro de la barra longitudinal comprimida de menor diámetro.
- 24 veces el diámetro utilizado para la armadura transversal.
- 200 mm.
- En las zonas centrales son de aplicación los requisitos generales establecidos por esta Instrucción.
Figura A.12.2
5.3 Soportes
Este apartado se refiere a elementos que trabajan fundamentalmente a compresión compuesta y cumplen las siguientes condiciones:
- El esfuerzo axil de compresión de cálculo reducido, debido a la situación sísmica, es:
En relación con el anclaje y el solapo de las armaduras se cumplirán las siguientes indicaciones:
- Las longitudes de anclaje de las armaduras se aumentarán 10Ø respecto a las definidas para cargas estáticas, en 66.5.
- Los empalmes de las armaduras se alejarán, en lo posible, de las zonas próximas a los extremos o de las zonas donde se prevea la formación de rótulas plásticas.
Para conseguir estructuras de ductilidad muy alta, los soportes deben cumplir los siguientes requisitos:
- La dimensión mínima no será inferior a 30 cm.
- Armadura longitudinal
La armadura longitudinal estará constituida, como mínimo, por tres barras por cara y con una separación no superior a 150 mm. En cualquier caso, no se dispondrá una cuantía geométrica total inferior al 1% ni superior al 6%.
- Armadura transversal
La capacidad resistente a cortante de las secciones será un 25% superior a la requerida por el cortante de cálculo para la situación sísmica.
En cuanto a la disposición de la armadura transversal se seguirán las siguientes indicaciones (figura A.12.3):
- En las zonas extremas del pilar, en una longitud mayor o igual al doble de la menor dimensión o la sexta parte de la longitud libre del soporte se dispondrán cercos cerrados de diámetro mayor o igual a 6 mm y separados a distancias no mayores que la menor de las tres siguientes:
- Un cuarto de la menor dimensión del soporte.
- 6 veces el diámetro de la barra longitudinal comprimida de menor diámetro
- 100 mm.
En ningún caso, en esta zona, se dispondrá una cuantía mecánica volumétrica de armadura menor que
donde:
La armadura definida para estas zonas extremas se prolongará dentro del nudo.
- En las zonas centrales son de aplicación los requisitos generales establecidos por esta Instrucción.
Figura A.12.3
Cuando se desee conseguir estructuras de ductilidad alta, los soportes deben cumplir los siguientes requisitos, relativos a disposición de armaduras:
- Armadura longitudinal
La armadura longitudinal estará constituida, como mínimo, por tres barras por cara y con una separación no superior a 150 mm. En cualquier caso, no se dispondrá una cuantía geométrica total inferior al 1% ni superior al 6%.
- Armadura transversal
La capacidad resistente a cortante de las secciones será un 25% superior a la requerida por el cortante de cálculo para la situación sísmica.
En cuanto a la disposición de la armadura transversal, se seguirán las siguientes indicaciones (figura A.12.4):
- En las zonas extremas del pilar, en una longitud mayor o igual al doble de la menor dimensión o la sexta parte de la longitud libre del soporte, se dispondrán cercos cerrados de diámetro mayor o igual a 6 mm y separados a distancias no mayores que la menor de las siguientes:
- Un tercio de la menor dimensión del soporte.
- 8 veces el diámetro de la barra longitudinal comprimida de menor diámetro.
- 24 veces el diámetro de la armadura transversal.
- 150 mm.
La armadura definida para estas zonas se prolongará dentro del nudo.
- En las zonas centrales son de aplicación los requisitos generales establecidos por esta Instrucción.
Figura A.12.4
5.4 Nudos
Para la comprobación de las condiciones de los nudos deberá procederse utilizando un modelo de bielas y tirantes, definido de acuerdo con los criterios generales del Artículo 24º y estableciendo las comprobaciones de los distintos elementos según las indicaciones del Artículo 40º.
5.5 Pantallas
Este apartado se refiere a elementos de gran rigidez cuya función fundamental es la de resistir los esfuerzos horizontales producidos por la acción sísmica y que cumplen las siguientes condiciones:
- El espesor mínimo de la pantalla será de 150 mm.
- Las condiciones de rigidez y, por tanto, las dimensiones, no variarán significativamente a lo largo de la altura.
- En el caso de que se presenten huecos, éstos estarán alineados verticalmente.
En relación con el anclaje y solapo de las armaduras, se cumplirán las siguientes indicaciones:
- Las longitudes de anclaje de las armaduras se aumentarán 10
respecto a las definidas para cargas estáticas en 66.5.
Para estructuras sometidas a una ac ³ 0,16g deben cumplirse los siguientes requisitos, relativos a la disposición de armaduras:
- La armadura longitudinal y transversal estará constituida por un emparrillado en ambas caras, con una separación no superior a 150 mm. En cualquier caso, no se dispondrá una cuantía geométrica inferior al 2,5 por mil ni superior al 4%.
- Es conveniente, asimismo, disponer de una zona confinada por cercos, en los bordes de la pantalla, en un ancho de al menos la quinta parte del ancho de la pantalla o el duplo de su espesor, con cercos de diámetro igual o superior a 8 mm y separados a una distancia no mayor que la menor de las siguientes:
- La tercera parte del espesor de la pantalla.
- 10 veces el diámetro de la barra longitudinal más delgada situada en la zona confinada.
5.6 Diafragmas horizontales.
Los diafragmas horizontales pueden estar constituidos por losas de hormigón o la capa de compresión de los forjados unidireccionales o bidireccionales siempre que su espesor sea mayor o igual que 50 mm, se disponga una armadura de reparto y se garantice una adecuada vinculación con los elementos perimetrales (vigas o zunchos).