Estudio experimental y numérico de la respuesta de sistemas de muros rectangulares acoplados con losas de hormigón armado

Abstract

Chile se distingue por su alta sismicidad, por ello pretender a la resiliencia es un trabajo crucial. Existen diversos sistemas estructurales entre los que destacan los muros unidos por vigas o losas que permiten resistir demandas sísmicas laterales, llamados muros acoplados. Específicamente la unión con losas, usada frecuentemente en los pasillos de estructuras residenciales, presentan un efecto de acoplamiento que cambia el funcionamiento de los muros individuales, por lo que conocer el comportamiento del sistema permite profundizar en la respuesta no lineal de las estructuras. Por este motivo se desarrolla la presente investigación sobre el estudio experimental y numérico del comportamiento y la respuesta cíclica no lineal de muros rectangulares de hormigón armado acoplados con losas. La metodología experimental consiste en el desarrollo de un ensayo en laboratorio de una probeta de muros acoplados esbeltos diseñados de acuerdo a características de edificaciones típicas chilenas, considerando una relación de aspecto de 1 a 3. El sistema de muros acoplados a ensayar involucra dos muros, M1 y M2, donde M2 tiene la mitad del ancho que M1 siendo más esbelto y estando unidos mediante dos losas de hormigón armado como elementos de acople. El sistema es instrumentado con sensores de desplazamiento y se aplica fotogrametría para la adquisición de datos. El procedimiento considera ser sometido a un protocolo de carga vertical constante y a desplazamientos cíclicos pseudo-estáticos de amplitud creciente con 3 ciclos por cada drift. Se presentan fisuras en el hormigón a partir de 0.4% de deriva en el muro M1, mientras que para M2 se registra al 0.6% de deriva. A partir del 3% se perdió la simetría y finalmente se evidenció pandeo de las barras verticales de borde, falla de compresión en el hormigón y pandeo local fuera del plano a 3.15% como modo de falla. La parte numérica consiste en realizar un modelo no lineal en elementos finitos que represente el ensayo experimental para validación del modelo. Las comparaciones de la respuesta estructural evidencian que los modelos numéricos representan satisfactoriamente la respuesta estructural, a nivel de carga lateral, capacidad de deformación, además de magnitudes y distribuciones de las deformaciones asociadas al esfuerzo de corte y flexión. El modelo numérico validado permite extraer otros parámetros y datos del ensayo, que pueden ser complejos adquirir directamente del experimento, como lo son los esfuerzos en los elementos, el grado de acoplamiento y el ancho efectivo. Por otro lado, se realiza un estudio paramétrico, que evalúa el comportamiento del sistema al disminuir cuantía en las losas, reducir cuantía de malla horizontal, aumento de carga axial y aplicación de carga en ambos muros.