Estudio numérico de la respuesta de sistemas de muros rectangulares acoplados con losas de hormigón armado ante cargas monotónicas incorporando la no-linealidad del hormigón armado en las losas

Abstract

La construcción y diseño de edificios en altura en Chile no están exentos de desafíos, especialmente en un país altamente sísmico como Chile, donde es necesario garantizar que los edificios puedan resistir las altas cargas sísmicas que se generan en los pisos superiores. Para enfrentar estos desafíos, la construcción chilena típica de edificios en altura se ha enfocado en el uso de muros de hormigón armado acoplados con losa o vigas, una técnica que ha demostrado ser efectiva en condiciones sísmicas extremas, como lo fueron los últimos grandes terremotos en Chile (Maule 2010, Iquique 2014 y Coquimbo 2015), por lo que es de suma importancia estudiar el comportamiento de estos muros acoplados como un sistema.

Esta investigación presenta un estudio analítico sobre la evaluación del grado de acoplamiento y la respuesta (esfuerzos en la base de los muros y en las losas, perfiles de curvatura, capacidad de deformación unitarias, ancho colaborante de la losa, entre otros) de sistemas de muros rectangulares acoplados con losa de hormigón armado ante cargas monotónicas, incorporando solamente la no-linealidad del hormigón armado en las losas. Para esto, se modelaron 4 sistemas de muros acoplados donde la única diferencia es la cantidad de pisos (5, 10, 15 y 20 pisos). Además, para cada uno de estos se analizaron 3 valores de cuantía longitudinal en la zona de acople: bajo (𝜌� = 0.0075), medio (𝜌� = 0.0134) y alto (𝜌� = 0.0169). En función de estas variables, se realizó un estudio comparativo de los indicadores anteriormente mencionados. Los resultados se analizan para un drift objetivo definido como el drift al que se alcanza el 𝜖�𝑐� del hormigón en alguna fibra para todas las losas del modelo, más un 10% de drift para tener un mayor rango de análisis. Para este valor, todas las losas se encuentran fluyendo.

En base a los resultados, para el drift objetivo, se puede observar que, en comparación con el modelo más flexible (20 pisos de altura), el modelo más rígido (5 pisos de altura) tiene 70.8% menos de grado de acoplamiento (pasa de 35.9% a 10.5% de GDA) considerando una cuantía media, lo que implica: más de carga axial en la losa del primer piso y en la superior; más corte y momento en la losa del primer piso y menos en la superior; menos de momento basal y diferencia carga axial basal entre muros y más de corte basal; menos drift para alcanzar 𝑓�𝑦� y 𝜀�𝑐�, menos ancho efectivo, curvatura longitudinal y deformación transversal en la losa del último piso y más ancho colaborante en la losa del último piso. Del mismo modo, estudiando la cuantía se puede observar que, en comparación con el modelo de cuantía alta, el modelo de cuantía baja tiene 37.2% menos de grado de acoplamiento (pasa de 32.7% a 20.6% de GDA) considerando una altura de 15 pisos, lo que implica: igual carga axial en la losa del primer piso y en la superior; menos corte y momento en la losa del primer piso y en la superior; menos de momento basal, diferencia carga axial basal entre muros y corte basal; menos drift para alcanzar 𝑓�𝑦� y más drift para alcanzar 𝜀�𝑐� en la última losa, más ancho efectivo, curvatura longitudinal, deformación transversal y ancho colaborante en la losa del último piso.