Estudio numérico – experimental del desempeño de sistemas estructurales de muros acoplados con losas y vigas en hormigón armado

Abstract

La configuración estructural típica de los edificios en Chile utiliza sistemas de muros aislados y acoplados de hormigón armado. Sin embargo, por exigencias arquitectónicas, estos muros suelen presentar irregularidades y discontinuidades, especialmente en los primeros pisos. Los sistemas de muros acoplados, conectados mediante losas o vigas, exhiben un comportamiento intermedio entre un pórtico y un muro simple. Aunque han demostrado un buen desempeño en sismos severos debido a su alta capacidad de disipación de energía, algunos edificios de mediana altura sufrieron daños en los elementos de acoplamiento tras el terremoto del Maule en 2010, principalmente por la disipación de energía en las vigas y losas. Para estudiar este fenómeno, este trabajo se centra en el modelado del comportamiento sísmico de muros de hormigón armado usando un nuevo elemento numérico que combina ventajas de los modelos macroscópicos y microscópicos, validado experimentalmente. Uno de los grandes desafíos de la ingeniería estructural es representar con precisión el comportamiento no lineal de una estructura bajo diversas cargas, para lo cual se emplean ambos tipos de modelos, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones. El trabajo se desarrolla en tres etapas. La primera etapa, consiste en la implementación de un nuevo elemento, denominado Shell Fiber Element (SHEFI), el cual se describe mediante cuatro nodos, con un total de 24 grados de libertad (DOF), seis grados de libertad (DOF) por nodo (es decir, tres traslaciones y tres rotaciones) para capturar el efecto dentro del plano (membrana) y fuera del plano (placa) y así modelar sistemas acoplados complejos. La segunda etapa se enfoca en realizar un programa experimental de un muro acoplado con losas y un muro acoplado con vigas en dos niveles, los cuales fueron instrumentados con sensores de desplazamiento (LVDT) y fotogrametría para la adquisición de datos durante el ensayo, realizados bajo cargas laterales estáticas cíclicas. Y la tercera etapa se enfoca en validar el comportamiento y la versatilidad del elemento SHEFI, con varios especímenes reportados en la literatura y con los ensayos experimentales realizados en la segunda etapa, lo cual revela que el elemento es fiable para predecir la respuesta no lineal global y local de muros de hormigón armado, requiriendo menos refinamiento de malla y, por tanto, reduciendo el tiempo de proceso con una estimación precisa de la respuesta.