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Análisis de muros delgados de concreto reforzado por el método de elementos finitos

Resumen

El diseño y la construcción de edificaciones altas en Bucaramanga (Colombia) ha aumentado en las últimas décadas frente a la creciente demanda de vivienda, como una alternativa viable ante el costo del suelo y las limitaciones para su uso. El sistema estructural más empleado para este fin es el de muros de carga de concreto reforzado, construidos mediante el sistema industrializado o túnel. Este sistema es ampliamente usado por su gran rigidez lateral y resistencia, y porque permite reducir los tiempos y costos de obra en comparación con otros sistemas constructivos. Sin embargo, prácticas comunes en la industria, además de la falta de restricciones claras en Reglamento Colombiano de Construcción Sismorresistente NSR-10 al respecto de los espesores mínimos de los muros, han ocasionado que hoy se encuentren en Bucaramanga edificaciones de más de quince pisos con muros delgados cuyos espesores pueden llegar a ser incluso inferiores a los 15cm. La existencia de estas edificaciones ha generado preocupación en la comunidad académica tras los sismos ocurridos en Chile en 2.010 y Nueva Zelanda en 2.011, luego de los cuales se evidenciaron tipos de falla no deseados en edificaciones con muros similares e incluso con mayores espesores y mejor reforzados que los encontrados en Bucaramanga. Debido a esto, se han realizado investigaciones para encontrar las causas de las fallas ocurridas. En ese sentido, en este trabajo se empleó el método de elementos finitos para evaluar la respuesta sísmica de muros delgados de concreto reforzado. Para la validación de los modelos, se emplearon los resultados de dos campañas experimentales de la literatura. Los modelos reprodujeron de manera adecuada la respuesta histerética de los muros, en términos de resistencia, rigidez, capacidad de disipación de energía y daño. Por otra parte, se realizó el ensayo ante carga lateral cíclica reversible en el plano de un muro rectangular de concreto reforzado con las características de los muros encontrados en edificaciones construidas mediante el sistema túnel en Bucaramanga. El refuerzo del muro se proporcionó mediante mallas de acero electrosoldadas traslapadas con barras de acero de refuerzo corrugado en la base. La falla del muro se produjo por la aparición de una única grieta principal horizontal a lo largo de la longitud del muro y la fractura de la mayoría de las barras verticales de las mallas de acero electrosoldadas. Esta falla se caracteriza por ser de tipo frágil, con una distribución limitada de plasticidad en un único plano horizontal de agrietamiento, ocasionada por la reducción abrupta del área de refuerzo, y, por consiguiente, de la resistencia y rigidez del muro, debido al traslapo del refuerzo en una zona de potencial plastificación. Lo anterior actúa en detrimento de la distribución de la plasticidad del muro, que a su vez afecta la ductilidad de los elementos encargados de disipar energía sísmica, y que podría invalidar los factores de reducción R asumidos en las etapas de análisis y diseño.