CURSO ANALISIS ESTRUCTURAL AVANZADO
Modelos de Muros Estructurales
Ing. Ing. O Omart mart Tello Tello Malpa Malpartid rtida a
Sistemas de Muros
En muchos casos para dar a los edificios rigidez y resistencia adecuada ante cargas laterales se recurre, al uso de muros de concreto (placas), normalmente en combinación con pórticos. Otra forma de de rigidizar rigidizar pórticos, es rellenarlos con muros de mampostería o colocar diagonales de concreto reforzado o de acero. Son de uso común también los edificios de altura moderada (15 m), en los cuales los elementos resistentes son muros de mampostería con distintos tipos de refuerzo ( Albañilería Armada y Confinada).
Modelo de Columna Ancha
Para analizar pórticos con placas, se considera cada muro como una columna ancha con sus propiedades concentradas en su eje centroidal y se supone que las zonas de las vigas que se encuentran dentro de los muros son infinitamente rígidas a flexión, este modelo tiene la ventaja que los sistemas con muros se idealizan como estructuras esquelétales, igual que los pórticos. En este modelo, las placas también cumplen con la hipótesis de Navier: “Las secciones planas antes de la deformación permanecen planas después de la deformación”
Vigas con brazos rígidos a
Iv
Columna Ancha
b
Aw Iw w
Modelo de Columna Ancha
Los elementos placa, considerados como columna ancha, en el modelo, deben ser analizados considerando la deformación por corte: f = 12 E. Iw ; Aw = A G. Aw. L2 ff En las vigas que se encuentran dentro de los muros, deben incluirse los brazos rígidos, y en los demás elementos que conforman el pórtico (vigas y columnas), se debe considerar despreciable la deformación por corte haciendo: f = 0 Existe programas para analizar edificios que incluyen explícitamente deformaciones por cortante y zonas rígidas (SAP2000, ETABS). En caso de usar programas que no incluyen esta ultima opción, las zonas rígidas pueden representarse por tramos de vigas con momento de inercia grandes, en comparación con las vigas y columnas del conjunto.
Modelo de Columna Ancha Columna Ancha
a) Esquema de la Estructura
Vigas con brazos rígidos
b) Modelo con columnas anchas
Modelo de Columna Ancha
Longitud de Brazo Rígido
En la zona de encuentro viga-placa se desarrollan concentraciones de esfuerzo que hacen que la hipótesis de Navier no se cumpla totalmente en la placa, por lo que se recomienda reducir la longitud de brazo rígido de la siguiente manera: L=a
–
o’
d/4 a
a
L = 0.8 a
Longitud de Brazo Rígido
Sin embargo, cuando la viga presenta un cambio gradual de su peralte (cartelas), o cuando la viga concurre a un ensanchamiento ubicado en el borde de la placa, estas concentraciones de esfuerzo se atenúan, por lo que no será necesario reducir la longitud del brazo rígido.
Modelo de Bielas
En el caso de tableros de muros mampostería confinados por marcos y sujeto a cargas laterales, ha sido objeto de numerosas investigaciones experimentales y analíticas. Se ha reconocido que inicialmente el tablero y el marco trabajan monolíticamente como una sola unidad en la cual son importantes las deformaciones por flexión y por cortante. Bastan sin embargo cargas laterales relativamente pequeñas para que el tablero y el marco se separen en esquinas opuestas, de modo que el primero se apoya sobre el según en la forma que se indica en la siguiente figura.
Modelo de Bielas
Se producen fuerzas axiales en las vigas y columnas así como momentos y cortantes en las mismas. Los momentos son de poca importancia dado que la fuerza de interacción en la proximidad de los nudos. Las fuerzas cortantes, por el contrario, son de consideración. En el tablero aparecen fuerzas de compresión diagonal que pueden producir fallas por compresión en las esquinas en contacto con el marco. En la dirección de la otra diagonal aparecen esfuerzos de tensión en la mampostería que puede ocasionar agrietamiento diagonal en el muro.
Modelo de Bielas
Modelo de Bielas
Para el calculo de la rigidez lateral y de los demás elementos mecánicos en el marco y el tablero una posible idealización es simular cada tablero como una diagonal equivalente en compresión. Como resultado de estudios analíticos con elementos finitos en los que se toma en cuenta el comportamiento descrito, se propone que la diagonal equivalente tenga el mismo espesor, t, y modulo de elasticidad, E, que el tablero y que su ancho sea:
Lo
Wo
Wo = Lo / 4 Lo = Longitud de la diagonal del tablero
Entonces el elemento biela tiene la siguiente sección : A = Wo. t
Modelo de Bielas
Modelo de Bielas
b) Sin diagonales
b) Con diagonales
Modelo de Elementos Finitos (MEF)
En la actualidad el MEF, constituye la más poderosa herramienta para el análisis de estructuras complejas, como ciertos muros de composición y geometría complicada. Básicamente, este método consiste en dividir la estructura en subregiones, denominada elementos finitos, dentro de los cuales se prescribe la forma en que variaran los desplazamientos en función de los valores correspondientes a ciertos puntos denominados nudos.
Modelo de Elementos Finitos (MEF)
Los muros se pueden modelar adecuadamente considerando que se trata de un problema de estado plano de esfuerzos, es decir aceptando que son nulos los esfuerzos perpendiculares al plano del muro. Aunque los elementos finitos permiten tratar este problema, pueden hacerlo presentando elementos de diversas formas, como triángulos o cuadriláteros, dado que las partes de un muro son usualmente rectángulos, es adecuado el uso de elementos rectangulares. Se recomienda también que estos elementos tengan menores dimensiones en las zonas donde existan grandes concentraciones de esfuerzos con la intención de poder captar la variación de esfuerzos.
Albañileria Armada y Confinada (Interaccion Tabique – Portico) MUROS PORTANTES:
Uno de los sistemas estructurales mas empleado en nuestro medio para la solución de edificios multifamiliares de mediana altura(máximo 5 pisos), es el muro de albañilería confinada por elementos de concreto armado; otro sistema menos usado, es la albañilería armada interiormente, compuesta por bloques que presentan alvéolos verticales en cuyo interior se aloja el refuerzo vertical, mientras que el refuerzo vertical se coloca ya sea en juntas de mortero o en cavidades horizontales del bloque.
Modelo de Columna Ancha (Muros Portantes)
Albañileria Armada y Confinada (Interaccion Tabique – Portico) TABIQUES:
Son empleados como elementos separadores de ambientes en los edificios aporticados, generalmente, los tabiques son hechos de albañilería, por la buenas propiedades térmicas, acústicas e incombustible que tiene este material.
Debido a que los tabiques como los muros confinados se encuentran bordeados por elementos de concreto, es necesario distinguirlos ya que su comportamiento ante las cargas sísmicas y verticales es totalmente diferente; la diferencia principal radica en la secuencia constructiva que sigue en cada sistema.
Modelo de Bielas ( Tabiques)
¿ Preguntas ….?
