Modelación de muros esbeltos con aberturas centrales a través de un análisis numérico no lineal y su impacto en el comportamiento estructural

Abstract

La normativa chilena actual no considera en sus criterios de diseño las aberturas centrales a nivel basal en muros esbeltos de hormigón armado, siendo que este tipo de muros se realiza con frecuencia, ya sea por solicitudes de arquitectura o simplemente por condiciones de diseño. Es por ello que se torna de suma importancia su investigación y el análisis de su comportamiento. El presente trabajo de título estudia el impacto que generan las aberturas centrales a nivel basal en la estructura mediante un programa que realiza un análisis de elementos finitos no lineal. Se analizan una serie de muros esbeltos con diferentes dimensiones de la abertura sometidos a un análisis tipo pushover monotónico creciente para obtener la respuesta carga-deformación llegando a una deriva de techo del 2%. En total fueron analizados 99 muros, 10 muros con aberturas de diferentes tamaños (desde un piso de altura con ancho de 10% del ancho del muro hasta 3 pisos de altura con un ancho de 60% del ancho del muro), y un muro sin abertura. Estos 11 muros se realizaron para 3 relaciones de aspecto (RA=2.5, 5 y 7.5) y para 3 modelos diferentes. Con los datos obtenidos se estudia el comportamiento de cada uno de los muros, para lograr cuantificar el impacto que genera la abertura. En un comienzo se determina de qué manera afectan la cuantía y longitud de la armadura longitudinal de borde de la abertura en la formación y ubicación de la rótula plástica a lo alto del muro, luego se determina el impacto que genera la abertura en las deformaciones máximas por compresión y tracción. Para ello se busca un factor de amplificación que incluya el efecto del corte y el efecto de la abertura en las deformaciones obtenidas con modelos de flexión, a partir de muros continuos desde la base que se realizan en la etapa de diseño. Con estos resultados es posible determinar cuándo se debe utilizar la expresión o cuando simplemente es necesario considerar la abertura con un análisis de flexión (Modelo de fibras). Se entregan recomendaciones con el fin de facilitar la elección al momento de diseñar muros con abertura. Las expresiones obtenidas para estimar las deformaciones por compresión y tracción fueron calibradas para muros con aberturas de un piso y ancho de abertura de hasta un 60% del ancho del muro, los errores asociados a estas expresiones fueron 25% y 40% respectivamente, dichos errores corresponden a la variación porcentual promedio entre la curva calibrada y la curva obtenida con el programa. Si bien la expresión para las deformaciones por compresión es una buena estimación, se recomienda realizar un análisis de flexión tradicional considerando la abertura, ya que al comparar los resultados de todos los muros con abertura analizados con un modelo de flexión versus un modelo de flexión más corte, se tiene que el error asociado es de un 20%. Dado que el presente trabajo consiste sólo en el estudio de resultados analíticos, se pretende dar pie a una futura investigación experimental relacionada al tema.