DESCRIPCIÓN BREVE
Son paredes de Concreto Armado que dada su mayor dimensión en una dirección mucha mayor que su ancho proporcionan en dicha dirección una gran resistencia y rigidez lateral ante movimientos laterales como los provocados por sismos y vientos. CURSO
MURO DE CORTANTE – CORTE O PLACA CATEDRATICO: ING. VLADIMIR ORDOÑEZ CAMPOSANO. ALUMNO: SALAS PALOMINO, PALOMINO, Leo Raymond. Raymond.
ANALISIS ESTRUCTURAL I
INDICE MURO DE CORTE, MUROS DE CORTANTE O PLACAS EN EDIFICIOS DE NIVELES MULTIPLES ................................................................................................. 2 1.- INTRODUCCION. ................................................................................................ 2 1.1.- CONCEPTUALIZACION: .............................................................................. 2 1.2.- CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMO RESISTENTE. .............................. 3 1.3.-CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL .............................................................. 3 2.- EL COMPORTAMIENTO DE MUROS EN VOLADIZO. ....................................... 7 2.1.- Muros Altos con secciones transversales rectangulares. ............................... 7 2.2.- Muros De Cortante Bajos Con Sección Transversal Rectangular. .............. 11 2.3.- Muros De Cortante En Voladizo Con Patines. ............................................ 13 2.3.- Interacción entre muros de cortante en voladizo.......................................... 13
3.- INTERACCION DE MUROS DE CORTANTE Y MUROS CON JUNTAS RIGIDAS. ................................................................................................................ 14 4.- MUROS DE CORTANTE CON ABERTURAS. .................................................. 15 5.- MUROS DE CORTANTE ACLOPADOS. ........................................................... 17 5.1.- Introducción. ................................................................................................ 17 5.2.- Resumen de los principios de diseño........................................................... 17
MURO DE CORTE, MUROS DE CORTANTE O PLACAS EN EDIFICIOS DE NIVELES MULTIPLES 1.- INTRODUCCION. 1.1.- CONCEPTUALIZACION: DUCTILIDAD.- Es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse. PROBLEMA ELASTOPLÁSTICO.- Es el problema físico-matemático de encontrar los desplazamientos y las tensiones en un sólido deformable elasto-plástico, partiendo de la forma original del sólido, de las fuerzas actuantes sobre el mismo, los desplazamientos impuestos de algunos puntos de la superficie del sólido y las ecuaciones constitutivas del material del que está hecho el sólido. RESPUESTA EN EDIFICACIONES DE MUROS DE (CORTE) DUCTILIDAD LIMITADA (EMDL).- Debido principalmente a dos razones: sus muros no poseen ningún confinamiento en sus extremos, dado que por su espesor es imposible usar estribos, y porque el refuerzo que generalmente se usa son mallas electro soldadas de poca ductilidad. Estas dos condiciones impiden que los muros puedan desarrollar desplazamientos inelásticos importantes. Entre sus principales características arquitectónicas tenemos que son edificaciones de poca altura (entre 4 y 6 pisos) con pisos típicos con el fin de optimizar el proceso constructivo y todos los muros son portantes. Por otro lado, entre sus desventajas, se han registro por parte de sus usuarios problemas térmicos y acústicos. En cuanto a sus características estructurales, presentan generalmente espesores que varían entre 10 (espesor mínimo indicado por la Norma Peruana de Edificaciones) a 15; y con algunos ensanches para permitir el paso de tuberías.
RESPUESTA EN EDIFICACIONES DE MUROS DE ALTA CAPACIDAD DE DUCTILIDAD (FLEXION).- El estado Límite que se presenta se inicia con la fluencia del acero longitudinal, cuando la deformación de este alcanza la platea plástica, esto conlleva a que las deformaciones unitarias en la fibra en compresión del concreto llegue a valores de 0.003 o 0.004 y, por lo tanto, la necesidad de confinar sea ineludible. MURO ESTRUCTURAL.- Elemento estructural, generalmente vertical empleado para encerrar o separar ambientes, resistir cargas axiales de gravedad y resistir cargas perpendiculares a su plano proveniente de empujes laterales de suelo o líquido. MURO DE CORTE O PLACA.- Son aquellos que reciben cargas horizontales paralelas a la carga del muro. MURO DE CORTE O PLACA.- Muro estructural para resistir combinaciones de fuerzas cortantes, momentos y fuerzas axiales inducidas por cargas laterales. MURO DE CORTE O PLACA.- Elemento estructural usado básicamente para proporcionar rigidez lateral y absorber porcentajes importantes de cortante horizontal sísmico.
MURO DE CORTE O PLACA.- Elemento generalmente vertical diseñado para resistir combinaciones de cortante, momento y fuerza axial inducidas por los movimientos sísmicos. MURO DE CORTE O PLACA.- También conocidos como placas; son paredes de Concreto Armado que dada su mayor dimensión en una dirección mucha mayor que su ancho proporcionan en dicha dirección una gran resistencia y rigidez lateral ante movimientos laterales como los provocados por sismos y vientos.
1.2.- CONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMO RESISTENTE. El comportamiento sísmico de las edificaciones mejora cuando se observan las siguientes condiciones: - Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces. - Peso mínimo, especialmente en los pisos altos. - Selección y uso adecuado de los materiales de construcción. - Resistencia adecuada. - Continuidad en la estructura, tanto en planta como en elevación. - Ductilidad. - Deformación limitada. - Inclusión de líneas sucesivas de resistencia. - Consideración de las condiciones locales. - Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa.
1.3.-CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin de determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados del factor de reducción de fuerza sísmica.
a. Estructuras Regulares. Son las que no tienen discontinuidades significativas horizontales o verticales en su configuración resistente a cargas laterales. b. Estructuras Irregulares. Se definen como estructuras irregulares aquellas debidas a: IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA Irregularidad de Masa Se considera que existe irregularidad de masa, cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas. Irregularidad Geométrica Vertical La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en sótanos. Discontinuidad en los Sistemas Resistentes. Desalineamiento de elementos verticales, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento . IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA Discontinuidad del Diafragma Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abiertas mayores a 50% del área bruta del diafragma.
Esquinas Entrantes La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20 % de la correspondiente dimensión total en planta.
1.4.- CATEGORÍA, SISTEMA ESTRUCTURAL Y REGULARIDAD DE LAS EDIFICACIONES DESPLAZAMIENTOS LATERALES PERMISIBLES.
DESPLAZAMIENTOS LATERALES PERMISIBLES SEGÚN: R.N.E. NORMA E.30 DISEÑO SISMO RESISTENTE – CAPITULO VIII – ANEXO N° 02 ESPECIFICACIONES NORMATIVAS PARA DISEÑO SISMORRESISTENTE EN EL CASO DE EDIFICACIONES DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA ( EMDL) – 3.DESPLAZAMIENTOS LATERALES PERMISIBLES. El máximo desplazamiento relativo de entrepiso dividido entre la altura de entrepiso, no deberá exceder de 0,005.
1.5.- SISTEMAS ESTRUCTURALES E.060 CONCRETO ARMADO Sistema resistente a fuerzas laterales Conjunto de elementos estructurales que resisten las acciones ocasionadas por los sismos. De acuerdo a la NTE E.030 Diseño Sismorresistente, se reconocen los siguientes sistemas estructurales en edificaciones de concreto armado: Pórticos (R = 8) - Por lo menos el 80% del cortante en la base actúa sobre las columnas de los pórticos que cumplan los requisitos de esta Norma. En caso se tengan muros estructurales, estos deberán diseñarse para resistir la fracción de la acción sísmica total que les corresponda de acuerdo con su rigidez. Dual (R = 7) - Las acciones sísmicas son resistidas por una combinación de pórticos y muros estructurales. Los pórticos deberán ser diseñados para tomar por lo menos 25% del cortante en la base. Los muros estructurales serán diseñados para las fuerzas obtenidas del análisis, según la NTE E.030 Diseño Sismorresistente. Muros Estructurales (R = 6) - Sistema en el que la resistencia está dada predominantemente por muros estructurales sobre los que actúa por lo menos el 80% del cortante en la base. Muros de Ductilidad Limitada (R = 4) - Edificación de baja altura con alta densidad de muros de concreto armado de ductilidad limitada. Estos edificios se caracterizan por tener un sistema estructural donde la resistencia sísmica y de cargas de gravedad en las dos direcciones está dada muros de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos importantes. En este sistema estructural los muros son de espesores reducidos, se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una sola hilera. Para la aplicación del Capítulo 21 de esta Norma, los sistemas Duales se subdividen en: o Dual Tipo I: cuando en la base de la estructura, la fuerza cortante inducida por el sismo en los muros sea mayor o igual al 60% del cortante total y menor o igual al 80%. o Dual Tipo II: cuando en la base de la estructura, la fuerza
1.6.- ANTECEDENTES: Desde hace mucho, se ha reconocido la utilidad de los muros en la planeación estructural de edificios de niveles múltiples. Cuando los muros se ponen en posiciones ventajosas dentro de una construcción, pueden ser muy eficientes para resistir las cargas laterales producidas por el viento o los sismos. Estos muros se han denominado muros de cortante debido que ha con frecuencia gran parte de la carga lateral de un edificio, si no es que toda y la fuerza cortante lateral se transfieren a estos elementos estructurales. El nombre no es muy apropiado ya que en raras ocasiones el modo crítico de resistencia está relacionado con la cortante. Los edificios de niveles múltiples se han hecho más altos y esbeltos, por lo que, con esta tendencia el análisis de muros de cortante es una parte importante del diseño. Con frecuencia los muros a cortante contienen numerosas aberturas. El ingeniero estructural será afortunado si dichas aberturas forman un patrón sistemático. Las ponencias de un simposio patrocinado por la Universidad de Southampton C, representan un buen resumen del actual estado del conocimiento de las estructuras de muros cortante. En seguida se consideraran algunas de las conclusiones presentadas en esos estudios.
Las recomendaciones de los códigos utilizadas en los diez últimos años se ha basado principalmente en la obra que iniciara Benjamín y Williams 12.2, 12.3, en muros bajos de cortante. También los resultados de la obra Paiva y Siess 12.4, y los primeros trabajos de Slater, Lord y Zipprodt 12.5, en las vigas de gran peralte se interpretaron para aplicarse a muros cortantes bajos. La obra de Cárdenas y Colaboradores 12.6, 12.7, y Barda 12.8, en los laboratorios de investigación y desarrollo de la Asociación de Cemento Portland en Skokie, Illinois, han contribuido al estado actual de comprensión de los muros de cortante. Ciertos aspectos originados en la resistencia sísmica y respuesta elastoplastica de muros cortantes acoplados y sus componentes se han estudiado en la Universidad de Canterbury, y se han incorporado en este capítulo las conclusiones más importantes. Se hace énfasis en el comportamiento, como lo atestiguan las pruebas. Sin embargo todavía queda mucho trabajo por hacer antes de poder predecir con seguridad la respuesta elastoplástica de las estructuras de muros de cortante. Aquí no se intenta rastrear el origen y evaluación de las cargas por ejemplo las que puedan originarse del viento o efecto sísmico sino que, como en los capítulos anteriores, la atención se centra en los aspectos de ductilidad y de absorción de energía dictados por la naturaleza de la respuesta sísmica. El uso de muros cortantes o su equivalente, se hace imperativo en determinados edificios elevados a fin de poder controlar las deflexiones de entrepiso, provocadas por la carga lateral. Los muros cortantes bien diseñados en las áreas sísmicas tienen un buen historial. No solo pueden dar gran protección contra daño no estructural costoso durante las perturbaciones sísmicas moderadas.
2.- EL COMPORTAMIENTO DE MUROS EN VOLADIZO. 2.1.- Muros Altos con secciones transversales rectangulares. Se puede esperar que un muro cortante de voladizo simple, como el de la figura 12.1, se comporte esencialmente de la misma manera que una viga de concreto reforzado. La sección transversal estrecha (es decir, ancho pequeño) indica que puede plantearse el problema de inestabilidad del borde a comprensión (véase en la sección 4.5) Por lo general las losas de piso de un edificio de niveles múltiples, que se indica en la figura 12.1, actúan como diafragmas horizontales y dan apoyo lateral; en consecuencia, se puede considerar que la longitud crítica con respecto al pandeo es igual a la altura de los pisos. El muro cortante, si actúa como un voladizo grande, estará sujeto a momentos flexionantes y fuerzas cortantes que se originen principalmente en las cargas laterales y a compresión axial provocada por la gravedad. De acuerdo con esto, se puede evaluar la resistencia de la sección crítica a través del muro a partir de la relación de interacción momento – fuerza axial. El refuerzo vertical o de flexión en la porción del alma de un muro de cortante, que puede ser considerable, debe ser tomado en cuenta al evaluar la capacidad a flexión. Los requisitos esenciales son cimientos adecuados que dan fijación total a la base y suficiente conexión de los muros cortantes a cada piso para transmitir la carga horizontal.
La Resistencia A Flexión De Muros De Cortante Altos. En muros de cortante, especialmente en zonas no afectadas por sismos, el requerimiento de resistencia para el acero a flexión no es grande. En tales muros ha sido práctica tradicional proporcionar aproximadamente 0.25% de refuerzo en ambas direcciones. Por tanto, en muros sujetos a pequeña flexión, se ha colocado 0.25% o un poco más de refuerzo uniformemente en todo el peralte. Es natural que en dicha disposición no se utilice con eficiencia el acero en el momento máximo debido a que muchas varillas operan en un brazo de palanca interno relativamente pequeño. Además, la curvatura máxima y por lo tanto la ductilidad de curvatura se reduce considerablemente cuando se usa de esta manera gran cantidad de acero a flexión. Cárdenas y Magura 12.7, lo han demostrado para una sección de muro típica con una relación de peralte de ancho de 25. Su ejemplo esta reproducido en la figura 12.2, en que los momentos y curvaturas se expresan como porcentajes de las cantidades máximas correspondientes para una sección con el mínimo contenido de acero . Es claro que la distribución de acero uniforme a través de la sección no solo no es económica, sino altamente indeseable para mayores contenidos de acero, siempre que se desee absorción de energía en el intervalo inelástico.
=
0.25%
En una sección eficiente de muro a cortante, sujeta a momentos considerables, el grueso del refuerzo a flexión se coloca próximo al borde a tensión. Debido a las inversiones de momentos originadas bajo cargas laterales, normalmente se requieren cantidades iguales de refuerzo en ambos extremos. Por lo tanto, de ser necesario, se puede resistir una gran parte del momento flexionante mediante el “par de acero” interno, lo que produce mejores propiedades de ductilidad. En la sección con distribución no uniforme de acero de la figura 12.2, se han colocado refuerzo vertical mínimo (0.25%) sobre el 80% interior del peralte. El resto de acero ha sido asignado a las zonas exteriores (10%) de la sección. Las mayores resistencias y ductilidad debidas a esta distribución son evidentes del diagrama. Debido a la gran área de sección transversal, con frecuencia la carga axial de compresión en los muros de cortante es mucho menor que la que provocaría una condición de falla balanceada . Como resultado de ello, por lo general se aumenta la capacidad de momentos por las fuerzas de gravedad en los muros cortantes. Sin embrago, se debe recordar que la compresión axial reduce la ductilidad.
Cuando es deseable aumentar la ductilidad de un muro cortante en voladizo (normalmente en su base, donde los momentos de volteo y la compresión axial son máximos) se debe confinar el concreto en la zona a compresión. Se sugiere que el acero de confinamiento se suministre de la misma manera que en las columnas con estribos (véanse los capítulo 11 y 13) y que se distribuya al menos por sobre la parte del peralte donde se requieran deformaciones del concreto superiores a cuando se alcanza la ductilidad deseada. En todo caso, se deben suministrar estribos transversales alrededor de las varillas de flexión, que pueden estar sujetas a cedencia de compresión, al menos en la misma manera que en las columnas cargadas axialmente, para evitar el pandeo de esas varillas (véase la sección 13.5), lo que es especialmente importante en la región de una articulación plástica que se puede extender por la altura completa de un piso o más. En tal distancia es probable que los estribos nominales al espaciado máximo especificado por el código sean suficientes, cuando varios choques sísmicos puedan provocar cedencia en ambas extremidades de sección del muro en cortante. Solo los estribos espaciados estrechamente pueden retener el bloque de concreto
0.003
armado dentro de las varias verticales a flexión en las extremidades de la sección (véase en la figura 12.3) e impedir el pandeo de las varias longitudinales. Es necesario considerar la inestabilidad de los muros delgados de cortante. En forma conservadora, se pueden tratar las fibras extremas de la sección del muro como una columna aislada sujeta compresión axial, únicamente que puede pandearse alrededor del eje débil de la sección del muro. De ser necesario se puede aumentar la rigidez a flexión de la sección del muro en la dirección transversal mediante un retorno, como en la figura 12.4. Esto puede ser necesario en el primer entre piso de un edificio donde con frecuencia las acciones máximas ocurren sobre longitudes libres máximas.
La Resistencia A Cortante De Muros De Cortantes Altos. Se puede evaluar la resistencia a cortante de muros altos de cortante de la misma manera que en vigas. Se puede dar un margen adecuado para contribución de la compresión axial en incrementar la participación del mecanismo resistente a cortante del concreto, medio por el esfuerzo de la cortante nominal (véase en la sección 7.6.1). También se debe considerar el efecto adverso de las aceleraciones verticales inducidas por los sismos. En base del muro, donde es posible la cedencia del acero a flexión en ambas caras, se debe despreciar la distribución del concreto a la resistencia a cortante, cuando el esfuerzo , de compresión axial en el área bruta del muro es menor que , ya que posiblemente se podría compensar esta pequeña comprensión mediante aceleración vertical que provocará tensión. Esto en los capítulos 7 y 13 se estudian los aspectos relativos a este principio, que implica que cuando , es menor a , se debe suministrar refuerzos a cortante en forma de estribos horizontales, al menos en la longitud posible de la articulación plástica de la base del muro, para transmitir toda la fuerza cortante. Se llegó a considerar que el efecto de la relación de forma del muro en la resistencia a cortante era importante en muros de cortante corto, tema que se estudia en la sección 12.2.2.
0.20′
0.20′
/
/
0.20% en la dirección horizontal, cuando se ancla debidamente, nominal equivalente de aproximadamente 2 0.166 . El mínimo esfuerzo de resiste un esfuerzo
El concreto resistirá la menos la misma cantidad de acero a flexión esté en el rango plástico. En consecuencia, en las partes superiores reforzadas nominalmente delos muros de cortante en voladizos rectangulares, se dispone de un esfuerzo cortante que con frecuencia es más que adecuado. equivalente de
4
0.333 ,
Juntas de construcción a través de muros de cortante. En las juntas de construcción en las que se ha observado movimiento deslizante durante los sismos, con frecuencia se ha considerado que estos producen daños en los muros de cortante. Estos movimientos son comunes en muros bajos de cortante que transmiten pequeñas cargas de gravedad. Sin embargo se ha hecho evidente dicho tipo de daño en los muros altos de cortante. (Véase en las figuras 12.3 y 12.22). Por tanto, es necesario asegurar que se suministre suficiente esfuerzo vertical en el alma del muro de cortante para suprimir una falla deslizante a cortante. En el capítulo 7 se describió el mecanismo de trabazón del agregado o fricción a cortante, con referencia específica a las juntas de construcción. Se demostró que el esfuerzo cortante promedio que se puede transferir con seguridad a través de una junta horizontal áspera bien preparada es al menos en que:
= , . = . = . = . = +∗ No se debe sobrestimar el efecto benéfico de la compresión axial en un muro de cortante sujeto a carga sísmica. Solo debe tomarse en cuenta la carga de gravedad real con reducción apropiada (por ejemplo 20%) por aceleración vertical negativa. Por tanto suponiendo que el peralte efectivo del muro de cortante sea se tiene como resistencia a cortante nominal confiable en que se puede considerar el factor ϕ de reducción de capacidad es
0.8,
0.85. = 0.80+∗ 0.8
La resistencia de la junta de construcción debe ser igual (o mayor de preferencia) a la , a cortante se refiere a la resistencia a tensión diagonal del muro. resistencia . Entonces, de acuerdo con la ecuación 12.2a cuando el contenido requerido a través de la junta de construcción queda como: de acero
=
=
≥ ,
) 0.94 ≥0.0025= ≥ (−0.85
La figura muestra la cantidad de esfuerzo vertical (ecuación 12.3) que se debe suministrar a través de una junta de construcción horizontal. Está en función del esfuerzo cortante nominal que debe resistir en ese nivel de la junta, junto con distintas intensidades de esfuerzo de compresión axial para una resistencia a cedencia (276 N/ Es importante que se de esta cantidad de esfuerzo de vertical a lo largo de toda la longitud de la sección del muro.
40000 /
.
2.2.- Muros De Cortante Bajos Con Sección Transversal Rectangular. La altura de los muros de cortante en voladizo de muchos edificios bajos es menor que su longitud (es decir, su peralte estructural). Es claro que en tales casos no se puede basar la evaluación de resistencia a flexión y cortante y el esfuerzo apropiado en las técnicas convencionales aplicables a muros más altos. En vez de eso, son relevantes los principios establecidos con relación al comportamiento de vigas de gran peralte. Ya no es posible estudiar por separado la flexión y cortante, ya que ambos están relacionados más íntimamente en los muros bajos de cortante.
ℎ /
El arco lineal, cuya inclinación se indica por la velación fue significativo en transmitir el cortante en todas estas pruebas. Recientemente se ha abandonado el uso de esta relación con respecto a la resistencia a cortante de los muros de cortante. 12.9. Para estudiar el comportamiento de los muros bajos de cortante y los efectos tanto del refuerzo a flexión (vertical) ya cortante (horizontal) en el modo de falta y en la ductilidad, se han realizado pruebas en la Universidad de Canterbury 12.11 en muros cuadrados de cortante en voladizo de 6 pulg (150 mm) de espesor. Se sujetó a los muros a una carga de tal manera que la fuerza cortante estuviera distribuida a lo largo del borde superior (véase la figura. 12.7). Por comodidad, se expresa la carga aplicada en términos del esfuerzo nominal cortante v y la capacidad ultima teórica .12.7.
1. Deliberadamente se sud diseñó el muro A por cortante. Se esperaba que los estribos solo resistieran 50% de la carga que se hubiera desarrollado, si la flexión gobernara la resistencia. La figura. 12.7a muestra el desarrollo grietas
diagonales durante 12 ciclos de la carga. En el refuerzo ocurrió considerable endurecimiento por deformación debido a que se pudo desarrollar 123% de la capacidad teórica a cortante y 108% de la capacidad a flexión. En la falla, se fracturo un estribo, lo que demostró la efectividad de estos en esos muros a cortante bajos. 2. El muro B era idéntico al A, excepto porque se suministró refuerzo por cortante en exceso de la capacidad a flexión. La resistencia teórica a flexión se asoció con esfuerzos moderados nominales cortantes es decir, lb/plg2 ( ). La probeta excedió su capacidad máxima de diseño en cada
0.47 /2
5.6√
uno de los ciclos “plásticos” y no se pudo destruir como se pensaba debido a
que el marco de carga no pudo igualar la ductilidad de la probeta la figura. 12.7b muestra el muro B en distintas etapas de carga. 3. Suministrando más refuerzo vertical en el muro C, aproximadamente se duplico la capacidad a flexión del muro B. esta resistencia a flexión requirió del desarrollo la grandes esfuerzos cortantes es decir aproximadamente lb/plg2 ( ). La resistencia a cortante de diseño del muro supero su capacidad a flexión; en consecuencia, se podría haber esperado una falla a flexión. Como la muestra la figura. 12.7, ocurrió una falla a cortante deslizante en el decimosegundo ciclo de carga a 39% de la capacidad teórica a cortante de la probeta. Este tipo de falla, típico de los miembros muy peraltados cuando se aplica fuerza cortante cíclica (alternada) de alta intensidad, no puede impedirse mediante refuerzo adicional de estribos. En la figura se da relación carga –
10√
0.83 /2
rotación para los tres muros, en que se define “rotación” como la deflexión lateral
del muro dividido entre su altura. Los ciclos 1 a 4 muestran la respuesta elástica inicial y los ciclos 7 a 8 indican la respuesta elástica después de que se hizo una excursión moderada más allá del intervalo de cedencia en cada dirección. El mejor comportamiento del muro B sugiere dos importantes conclusiones para el diseño. (a) Si se desea un mecanismo de falla dúctil (o sea, a flexión) en un muro bajo de cortante, los esfuerzos nominales asociados con la sobrecapacidad a flexión del muro deben ser moderados, por ejemplo ≤ lb/plg2 (0.5 N/mm2). Lo que normalmente no es difícil de lograr. De ser necesario, se debe aumentar el espesor del muro.
6√
√
2.3.- Muros De Cortante En Voladizo Con Patines. No hay razón para esperar que los muros altos de cortante con patines, como el de la fig. 12.9, Se comporten de manera distinta que los que tienen secciones transversales rectangulares, Cuando la fuerza axial es pequeña, podemos anticipar que también estos muros utilicen el upar de acero" interno en el intervalo inelástico, ya que el contenido de refuerzo en ambos patines normalmente es el mismo. Por tanto, se podrá disponer de suficiente ductilidad, si esta se requiere durante un sismo de magnitud catastrófica, con tal que la restricción contra el pandeo del acero sea adecuada.
2.3.- Interacción entre muros de cortante en voladizo En determinados edificios de plantas múltiples, tales como edificios de departamentos, los muros de cortante trasmiten la carga gravitacional al igual que la lateral de viento o sísmica. En la fig. 12.13 se muestra una planta típica de esa clase de edificios. Se puede considerar que la losa del piso es muy flexible en comparación con la rigidez a flexión de los muros con respecto a su eje mayor; por tanto, la resistencia a flexión de la losa durante la carga lateral no necesita tomarse en cuenta en la mayoría de los casos. Las losas actúan como diafragmas horizontales, que se extienden de muro a muro y se espera que aseguren que no cambien las posiciones relativas de los muros entre sí durante el desplazamiento lateral de los pisos. La resistencia a flexión de los muros rectangulares con respecto a su eje débil también puede despreciarse en un análisis de carga lateral.
3.- INTERACCION DE MUROS DE CORTANTE Y MUROS CON JUNTAS RIGIDAS. Se dispone de varios métodos de análisis estructural para resolver estos problemas. Sin embargo se plantean determinados problemas de los que claramente hay distintos comportamientos de muros y marcos. En la figura 12.15 (a) se ilustra un muro de voladizo de cortante y un marco con los cuales transmiten la misma carga a determinada altura, lo que hace de que el muro de cortante sufra distorsiones flexionanates y que tome una pendiente constante por arriba del nivel de la carga. Las secciones originalmente horizontales en casa piso inclinado se inclinan. El marco experimenta desplazamiento de traslación y tiende hacerse vertical por arriba del nivel de la carga.
Cuando se desprecian los recontamientos de columnas, lo que se está justificando para edificios de altura moderada, los pisos permanecen horizontales. Debido a la incompatibilidad de las deformaciones, un muro de cortante puede oponerse a un marco rígido de los pisos superiores. Solo los pisos inferiores las dos estructuras se asisten mutuamente para transmitir la carga externa. En la figura 12.5 (b) se ilustra la distribución típica de la carga lateral entre un muro de cortante alto y relativamente esbelto y marco en el término de las fuerzas cortantes.
4.- MUROS DE CORTANTE CON ABERTURAS. Las ventanas, puertas y ductos de servicio requieren que los muros interiores o exteriores de cortante tengan aberturas, para asegurar una estructura racional, es importante que se tomen decisiones sensatas en las primeras etapas de planificación con respecto a las aberturas en toda la construcción. (Una estructura racional de muros de cortante, es tal que su comportamiento esencial se puede evaluar por inspección simpe). Por lo general, las estructuras irracionales de muros de cortante desafían la solución mediante análisis estructural normal. En tales casos las investigaciones de modelos y estudios de elemento finitos pueden ayudar a evaluar las fuerzas internas. Solo los estudios especiales experimentales pueden revelar los aspectos importantes de las resistencia máxima, absorción de energía y demanda de ductilidad en los muros de cortante irracionales de concreto reforzado. Es imperativo que las aberturas interfieran en lo menos posibles, con la capacidad de momentos de transmisión de cortante de la estructura. En la figura 12.16 (a), se muestra un buen ejemplo de muro irracional de cortante.
El repentino cambio de una sección de muro a columnas reduce drásticamente la resistencia a flexión de la estructura de voladizo en la crítica sección de la base. La distribución escalonada de las aberturas reduce severamente el área de contacto entre los dos muro, donde se deberían transmitir las fuerzas a cortante. Las columnas del muro ilustrado en la figura 12.6 (b), podrían llevar a un caso indeseable en la que el mecanismo de traslación lateral de las columnas, ladea el muro en una dirección opuesta a la de traslación lateral. Las observaciones realizadas sobre el comportamiento probable de los muros de cortante durante las perturbaciones sísmicas indican los indeseado de remplazar muros masivos cerca de se base con miembros de columnas más ligeras. En la figura 12.17 tomando de un estudio teórico de muros perforados de cortante, presenta tipos de muros que son satisfactorios para la resistencia de cargas de vientos, pero probablemente causen un desastre en un sismo de importancia. Para estas cargas, se pueden concentrar la absorción de energía en el intervalo inelástico de unas cuantas ramas relativamente ligeras, y se puede asociar con demandas de ductilidad que no se pueden satisfacer con el concreto reforzado. Las observaciones realizadas sobre el comportamiento probable de los muros de cortante durante las perturbaciones sísmicas indican lo indeseado de remplazar muros masivos cerca de su base con miembros de columnas más ligeras. La fig. 12.17 tomada
de un estudio teórico de muros perforados de cortante, presenta tipos de muros que son satisfactorios para la resistencia de carga de viento, pero que probablemente causan un desastre en un sismo de importancia. Para estas cargas, se puede concentrar la absorción de energía en el intervalo inelástico en unas cuantas ramas relativamente ligeras, y se puede asociar con demandas de ductilidad que no se pueden satisfacer con el concreto reforzado.
Durante el sismo de Caracas del 29 julio de 1967, una hilera de columnas del tercer piso falló en cortante y compresión axial. Una flecha indica el sitio en la fig. 12.18.
5.- MUROS DE CORTANTE ACLOPADOS. 5.1.- Introducción. Muchos muros de cortante contienen una o más hileras verticales de aberturas. Un ejemplo especialmente común de ese tipo de estructura es el "núcleo de cortante" de un edificio alto, que acomoda los cubos de elevadores, pozos de escaleras y duetos de servicio. Las puertas de acceso de todos estos atraviesan los muros. Por tanto, los muros a cada lado de las aberturas se pueden interconectar mediante vigas cortas, a menudo muy peraltadas. Se acostumbra referirse a esos muros como "acoplados" por las vigas. Con frecuencia es difícil clasificar una estructura de muro de cortante acoplada. Por una parte se puede considerar que la estructura es un muro que contiene aberturas; por otra parte, puede ser más apropiado hablar de un marco rígido constituido por miembros muy peraltados. Ambas definiciones indican que es posible que las técnicas manuales convencionales de análisis estructural no sean adecuadas.
5.2.- Resumen de los principios de diseño Para asegurar el funcionamiento satisfactorio cuando estructuras de muros de cortante acoplados se exponen a intensas acciones sísmicas, es necesario poder evaluar, aproximadamente cuando menos, el comportamiento de la estructura tanto en el intervalo elástico como el plástico de las cargas. Sólo se puede esperar un buen comportamiento si la estructura sigue una secuencia deseada de cedencia. Desde el punto de vista del control de daños y reparaciones posibles, es deseable que las componentes de los muros sean las últimas que sufran durante el proceso de imponer condiciones máximas de aumento. Las consideraciones de la resistencia de vigas de acoplamiento reforzadas en forma convencional indican que se requiere protección total contra la falla a tensión diagonal durante las cargas cíclicas, y que el contenido de acero a flexión en ambas caras debe ser moderado para asegurar la ductilidad máxima y evitar la falla temprana por cortante deslizante. Para que se puedan utilizar vigas reforzadas convencionalmente para el diseño por sismo, se debe limitar la demanda de ductilidad en ellas, lo que sólo se puede lograr diseñando la estructura del muro de cortante acoplado para una mayor resistencia, lo que permitirá que en el rango elástico se absorba una gran proporción de la energía.
