Estudio experimental y analítico de la respuesta de sistemas de muros rectangulares de hormigón armado acoplados con vigas

Abstract

Chile es un país altamente sísmico, lo cual ha implicado tener que desarrollar diseños estructurales y construcciones que sean capaces de adaptarse a dicha condición. Bajo esta premisa, los sistemas de muros de hormigón armado acoplados con vigas son ampliamente utilizados para resistir demandas sísmicas, por lo que estudiar su funcionamiento es de sumo interés para comprender la respuesta no lineal de las estructuras de nuestro país, los cuales se presentan principalmente en edificios altos, tanto de uso habitacional como de oficinas. Esta investigación presenta un estudio analítico y experimental para comprender el comportamiento y la respuesta cíclica no lineal de muros estructurales rectangulares de hormigón armado acoplados por vigas. Para el estudio experimental, se analizaron los resultados del ensayo de una probeta compuesta por dos muros esbeltos conectados con dos vigas de acople, construidos a escala 1:3, e instrumentados con sensores de desplazamiento (LVDTs) y fotogrametría. En el estudio de la probeta, el muro de mayor rigidez fue sometido a un protocolo de desplazamientos horizontales cíclicos pseudo-estáticos de amplitud creciente y con carga vertical constante. Para el procesamiento de la data experimental obtenida mediante fotogrametría, se hace uso del software de código abierto Ncorr desarrollado en MATLAB, obteniendo los desplazamientos y deformaciones en los elementos de la probeta durante el ensayo. Por otro lado, para el estudio análitico, se desarrolla un modelo numérico en la herramienta de elementos finitos SAFE-Toolbox, utilizando elementos del tipo Shell. Para alcanzar derivas nominales del 3% y -3% se aplicó una carga lateral sobre el muro de mayor rigidez de 42.82 [tonf] y -38.08 [tonf] respectivamente, reflejando un comportamiento asimétrico de la probeta en términos de capacidad. Adicionalmente, se determinó que la probeta posee un grado de acoplamiento intermedio, cercano al 40%. En particular, los perfiles de deformaciones unitarias en la base de los muros evidenciaron que, para derivas positivas, el grado de acoplamiento del sistema es mayor que para derivas negativas. Además, se identificó fisuramiento del hormigón a partir del 0.3% de deriva, y posteriormente, en el primer ciclo del 2.50%, pandeo global en la base del muro en que se aplicó la carga, y en el segundo ciclo del 3.0% fractura como modo de falla de las barras de refuerzo de borde del muro cargado axialmente en su nivel basal. También, se observó falla diagonal en las vigas de acople, evidenciando control de esfuerzos a cortante en dichos elementos. El modelo análitico realizado representa adecuadamente la respuesta experimental, capacidad y distribución de deformaciones, disminución de rigidez y magnitud de desplazamientos de la probeta.