Estudio numérico y experimental sobre el comportamiento sísmico de muros delgados de edificios de concreto reforzado

Abstract

RESUMEN: Debido a factores económicos y de facilidad constructiva, en Colombia y algunos países latinoamericanos se ha vuelto común en las últimas décadas el sistema industrializado de edificios con muros vaciados de concreto reforzado (CR) de espesores entre 80 y 150 mm. Para el caso colombiano, este tipo de edificios se emplea en todas las zonas de amenaza sísmica y en todo rango de alturas -hasta aproximadamente 25 pisos-. Por lo general, los muros de dichos edificios tienen variadas geometrías en planta, cuantías bajas, refuerzo dispuesto en una sola capa -aunque con frecuencia se encuentran casos de dos capas en los primeros pisos- y refuerzo consistente en mallas electrosoldadas (aunque las barras de arranque en la viga de fundación son dúctiles y con frecuencia las mallas de los primeros pisos se complementan con barras dúctiles en los extremos). Debido al bajo espesor, generalmente los muros no incluyen elementos de borde confinados]. Las características resistentes de este tipo de edificios son muy diferentes a las de los edificios tradicionales basados en muros de concreto reforzado más gruesos. Además, la cantidad de datos experimentales sobre su comportamiento es limitada y la evidencia basada en observaciones post-terremoto es muy pobre. A pesar de ello, es común que sean diseñados con los mismos lineamientos de los edificios tradicionales de muros más gruesos, puesto que el reglamento colombiano NSR-10 no establece un espesor mínimo de muros. Las particularidades del sistema industrializado han generado cuestionamientos en un grupo significativo de ingenieros e investigadores de la región, pues temen que los muros de los edificios del sistema referido podrían no desempeñarse satisfactoriamente ante demandas sísmicas como las estipuladas en la NSR-10 (por ejemplo, los sismos de diseño y de umbral de daño), y pudieran presentar fallas frágiles (tales como pandeo global o local -abolladura-, rotura rápida de los alambres de la malla electrosoldada, deslizamiento, falla de traslapos, falla rápida por aplastamiento de los bordes comprimidos, entre otras), lo que derivaría en bajas capacidades de deriva, de ductilidad y de disipación de energía. Con el fin de aportar al estudio del comportamiento de los muros del sistema industrializado de muros vaciados, un grupo de investigadores del Colombian Earthquake Engineering Research Network (CEER), con el apoyo de algunos de sus pares del Instituto Politécnico de Lausana de Suiza (EPFL), lideraron un programa experimental desarrollado entre los años 2016 y 2017, en el cual se ensayaron 4 muros a escala real, los cuales incluyeron varias de las características típicamente encontradas en Colombia en el tipo de edificios referido. El cuerpo principal de este documento se enfoca en las dos primeras probetas (o especímenes) del programa referido, pues fueron en las cuales el autor participó activamente durante la fase experimental. Por su relación de esbeltez, dichos muros fueron concebidos para que su falla fuera gobernada por flexión y no por cortante (tracción diagonal), tenían sección transversal en T, espesor de 100 mm, bajas cuantías de refuerzo dispuesto en una sola capa y sólo se diferenciaron en el tipo de refuerzo vertical del alma (en el primer espécimen todo el refuerzo era dúctil, mientras que el segundo combinaba refuerzo dúctil y no dúctil -malla electrosoldada-). Ambos especímenes fueron sometidos a una carga axial moderada y a un protocolo de empuje creciente cíclico reversible cuasi-estático controlado por desplazamiento. El objetivo del programa experimental fue, esencialmente, evaluar la incidencia del tipo, disposición y cuantía de refuerzo en el comportamiento de los especímenes. Los principales aspectos del comportamiento a evaluar fueron relativos a la estabilidad lateral, a la diferencia de comportamiento entre los dos muros (principalmente en términos de los tipos de falla, capacidad de deriva, ductilidad y capacidad de disipación de energía) y a otros ítems, tales como la degradación de rigidez. Los resultados de los ensayos experimentales se analizan en términos del comportamiento encontrado, y se comparan con las predicciones numéricas. Finalmente, se presentan una serie de conclusiones y de recomendaciones generales para los diseñadores, así como sugerencias para investigaciones futuras. Una de las principales conclusiones de la investigación es que los resultados de los ensayos experimentales permitieron confirmar algunas de las debilidades de los muros típicos del sistema industrializado de muros vaciados de CR, tales como la susceptibilidad a fallas frágiles, las muy altas degradaciones de rigidez desde valores muy bajos de deriva, las bajas capacidades de deriva y la concentración del comportamiento inelástico en una o muy pocas grietas de apertura significativa. Tomando en cuenta las debilidades referidas, el autor considera que el sistema industrializado de edificios con muros vaciados delgados de CR debería ser incluido como un sistema estructural nuevo en la próxima versión del reglamento NSR colombiano, con limitaciones de número de pisos, deriva máxima permitida, capacidad de disipación de energía, entre otras, más estrictas que las del sistema tradicional de edificios con muros estructurales de CR.