Muros de Corte de Concreto Armado

MUROS DE CORTE DE CONCRETO ARMADO (SHEAR WALL)

JUAN MANUEL CHERO DAMIAN

MUROS DE CORTE (SHEAR WALL)

Contenido 1.

MUROS DE CORTE (SHEAR WALL) .......................................................................................3

2.

UBICACIÓN DE MUROS DE CORTE EN LA EDIFICACIÓN. .....................................................3

3.

TIPOS DE FALLAS EN MUROS DE CORTE ..............................................................................5

JUAN MANUEL CHERO DAMIAN

MUROS DE CORTE (SHEAR WALL)

1. MUROS DE CORTE (SHEAR WALL) Los muros de corte son elementos verticales que pueden ser de concreto armado, albañilería confinada u albañilería armada, tienen una dimensión mucho mayor que la otra, lo que le da mucha resistencia y rigidez lateral a las edificaciones evitando los desplazamientos excesivos en la dirección de análisis. Su función principal es absorber el cortante sísmico en la dirección de análisis, dejando la compresión mayormente para las columnas. En esta sección solo se analizará los muros de corte integralmente de concreto armado.

2. UBICACIÓN DE MUROS DE CORTE EN LA EDIFICACIÓN. Un factor importante que influye en el desempeño sísmico de las edificaciones es la disposición de los muros de cortante dentro de esta, los muros deben estar distribuidos de tal manera que no generen excentricidades que puedan llevar a la edificación a una torsión excesiva y posterior colapso de la estructura durante y después de un evento sísmico. Se busca la simetría en planta como en altura, en altura se busca no generar discontinuidades que disminuyan o aumenten considerablemente las rigideces y las masas que puedan debilitar un piso determinado.

FIG.1.0 DISPOSICIONES DE MUROS NO RECOMENDABLES EN PLANTA (GENERAN TORSION EXCESIVA)

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FIG.2.0 DISPOSICIONES DE MUROS NO RECOMENDABLES EN ALTURA (GENERAN DISMINUCION O AUMENTO DE RIGIDECES Y MASAS EN UN NIVEL DETERMINADO)

FIG. 3.0 TORSION GENERADA POR LA UBICACIÓN INTERIOR DE LOS MUROS DE ACENSOR (DEBE BUSCARSE DISPONER LOS MUROS EN EL PERÍMETRO DE LA EDIFICACION)

FIG.5.0 PLANTA DEL ULTIMO NIVEL DE UN EDIFICIO DE 15 NIVELES CON TORSION MINIMA. JUAN MANUEL CHERO DAMIAN

FIG.4.0 DISPOSICIÓN PERIMETRAL Y RECOMENDADA DE MUROS DE CORTANTE

FIG.6.0 PLANTA DEL ÚLTIMO NIVEL DE UN EDIFICIO DE 4 NIVELES CON TORSION EXCESIVA POR LA MALA DISPOSICION DE MUROS.

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3. TIPOS DE FALLAS EN MUROS DE CORTE El comportamiento de los muros de corte ante cargas laterales es similar al de una viga en voladizo, entonces los máximos valores para los momentos y fuerzas cortantes se encuentran a nivel de su base, esto hace que los muros puedan fallar por flexión o por corte, dependiendo del modo dominante de falla. Sin embargo, el detallado del refuerzo y otras características de su diseño, pueden hacer que el muro falle por deslizamiento en la base o por pandeo, o por falla de su cimentación, antes de que puedan desarrollarse las tensiones últimas de su capacidad a flexión o a corte. Se ilustran los diferentes modos de falla de un muro estructural que puede darse en cada modo de falla o en combinaciones según el funcionamiento real de la estructura portante de la edificación:

FIG.7.0 TIPOS DE FALLAS COMUNES EN MUROS DE CORTE.

FALLA POR FLEXIÓN, la plastificación de un muro comienza en su base y se propaga hasta cierta altura a partir de lo cual se forma el mecanismo de colapso y el resto del muro trabaja rotando como un cuerpo rígido alrededor de la articulación plástica. La falla por flexión puede darse por cedencia del acero, que es lo preferible, o por compresión del concreto o la mampostería, que representa una falla frágil no deseable.

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MUROS DE CORTE (SHEAR WALL) Este tipo de falla se presenta cuando la capacidad de resistencia a la fuerza cortante (proporcionada por el refuerzo horizontal y el concreto) supera a la de flexión (generada por el refuerzo vertical y la carga axial). Esta falla se caracteriza por el balanceo del muro en torno a sus extremos, transmitiéndose gran parte de la carga vertical (P, en la FIG.8.0) por el extremo comprimido, lo que puede originar la trituración del concreto con el subsiguiente pandeo del refuerzo vertical, en caso de que no exista confinamiento en los extremos (caso muy común en los edificios chilenos, FIG.9.0). Aunado a esto, experimentalmente se ha observado que una vez formada la grieta de tracción por o flexión en el borde del muro, el refuerzo vertical al trabajar en tracción o compresión, trata de expulsar al concreto. Estas continuas aberturas y cierres de las grietas, son las causantes de la trituración del concreto en el borde carente de confinamiento.

FIG.8.0 FALLA POR FLEXIÓN.

FIG.9.0 AUSENCIA DE CONFINAMIENTO EN LOS EXTREMOS DEL MURO

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MUROS DE CORTE (SHEAR WALL) Cabe indicar que sólo los bordes libres (sin muros transversales) necesitan ser confinados con estribos a corto espacia-miento, puesto que en el extremo con muros transversales largos, el área flexo-comprimida se incrementa notoriamente, debido a que los muros transversales proporcionan confinamiento al muro en análisis (Fig. 10). Asimismo, el refuerzo vertical existente en los muros transversales y la carga de gravedad que baja por esos muros, incrementan notoriamente la capacidad resistente a flexión del muro en análisis y tratan de evitar que se desarrollen las grietas de tracción por flexión en esa unión entre muros. En la Fig. 10, no puede afirmarse que la falla haya sido netamente por flexión; si esto hubiese sido así, los giros por flexión en el muro hubieran sido importantes y habrían generado la formación de una rótula plástica en la viga que arriba coplanarmente al muro; asimismo, se hubiesen presentado otras fisuras de tracción por flexión en el muro y la falla hubiera quedado concentrada principalmente en su base. Como lo indicado no ocurrió, se piensa que la falla del muro se debió a una acción combinada de flexión y fuerza cortante, agravada por la carga vertical concentrada que transmiten las vigas en el extremo libre superior del muro.

FIG.10.0 EFECTO DE MUROS TRANSVERSALES. EDIFICIO SOL ORIENTE, SANTIAGO. LA FALLA SE CONCENTRA PRINCIPALMENTE EN EL BORDE LIBRE

La falla por flexión trata de concentrarse en la zona más débil del muro, por ejemplo, donde hay una reducción significativa de su longitud (Fig. 11), evidentemente porque la capacidad resistente a flexión en la zona más larga del muro es mayor que la existente en la zona de menor longitud.

FIG.11.0 EFECTO DE DISMINUCION DE LONGITUD DEL MURO, DISMINUCION DE LA RIGIDEZ.

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MUROS DE CORTE (SHEAR WALL) FALLA POR CORTANTE, puede darse por insuficiencia de refuerzo de corte, o por una combinación de falla por flexión y deslizamiento en la base. Las juntas de construcción mal concebidas o mal realizadas pueden proporcionar una superficie de falla ideal para falla de corte. Esta falla se caracteriza por la presencia de grietas diagonales (Fig. 12); al igual que en una falla por flexión, los talones del muro pueden triturarse con el subsiguiente pandeo del refuerzo vertical, si es que el extremo carece de estribos de confinamiento (Fig. 13).

FIG.12.0 FALLA POR CORTE.

FIG.13.0 FALLA POR CORTE EN UN EDIFICIO EN VIÑA DEL MAR, CON TRITURACIÓN EN LOS EXTREMOS Y PANDEO DEL REFUERZO VERTICAL NO CONFINADO.

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MUROS DE CORTE (SHEAR WALL) FALLA POR CORTE-CIZALLE (DESLIZAMIENTO) Por lo general, este tipo de falla es una derivación de la falla por flexión, producida al conectarse las dos grietas formadas por flexión en ambos extremos del muro (Fig. 11.). Esta falla se produce generalmente en las juntas de construcción del muro (Fig. 14); se agrava cuando existe segregación del concreto, cuando las juntas son lisas o cuando los traslapes del refuerzo vertical son realizados en la misma sección transversal (Fig. 15). También, cuando se diseña al refuerzo vertical sólo por flexión, sin considerar que en simultáneo actúa la fuerza cortante, adoptando sus valores máximos al mismo instante durante el sismo.

FIG.14.0 FALLA POR DESLIZAMIENTO EN LA JUNTA DE CONSTRUCCIÓN, EDIFICIO OBISPO SALAS, CONCEPCIÓN.

Los muros son estructuras rígidas que generan grandes momentos de vuelco en su cimentación. Si la cimentación no se diseña o no se construye adecuadamente, el muro puede volcarse, inclusive jalando cimentaciones profundas. Por último, debido a su naturaleza, los muros son elementos esbeltos y, como tales, son susceptibles de fallar por pandeo, que es un tipo de falla elástica que puede ocurrir antes que se inicie la ruta de colapso del material.

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4. CARACTERISTICAS GENERALES DE MUROS DE CORTE Lw

hw hw MURO

Lw tw

VIGA DE ACOPLE “DINTEL” (Segmento horizontal de muro)

Lw

ABERTURA

hw

MURO

MURO ABERTURA

ABERTURA

(Segmento vertical de muro)

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5. SECCIONES TRANSVERSALES DE MUROS DE CORTE Los muros de corte pueden clasificarse según su proyección en planta, estas secciones dependen de las condiciones de la arquitectura y la funcionalidad que puedan llegar a tener, debido a que deben cumplir con lo anterior pueden llegar a tener una variedad de formas. -

MUROS PLANOS: Estos muros son aquellos que al ser proyectados en planta no presentan cambios de dirección ni intersecciones con otros miembros. MUROS CON ELEMENTOS EXTREMOS: Estos muros tienen un incremento de sección transversal en los bordes. MUROS CON ALAS: Son aquellos que al ser proyectados en planta se intersectan con otros muros en su dirección transversal. MUROS QUEBRADOS: Son aquellos que para adaptarse a la arquitectura presentan cambios de dirección y bifurcaciones en su proyección en planta.

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6. CLASIFICACION SEGÚN SU NIVEL DE DESEMPEÑO La norma A.C.I.318-14, clasifica los muros estructurales según el comportamiento que estos van a tener frente a las solicitaciones cíclicas debidas al sismo. -

MUROS ESTRUCTURALES ESPECIALES DE CONCRETO ARMADO. MUROS ESTRUCTURALES ORDINARIOS DE CONCRETO ARMADO.

6.1. MUROS ESTRUCTURALES ESPECIALES DE CONCRETO ARMADO a) MUROS DE CORTE. Son sistemas capaces de incursionar y disipar energía en el rango inelástico de manera estable ante un evento sísmico. El nivel de detallado proporciona la resistencia y ductilidad requerida para la condición sismorresistente más exigente.

DIAGRAMA DE MOMENTOS

DIAGRAMA DE CORTANTES

DEFORMADA

b) RESPUESTA ESTRUCTURAL MUROS A FLEXIÓN ℎ𝑤 >2 𝐿𝑤 M

En estos muros debe disponerse de elementos de borde en los extremos, a fin de cumplir la relación DEMANDA / CAPACIDAD a tracción y a compresión.

P hw

V T Lw

C

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CONCENTRACION DE FUERZAS DE TRACCION Y COMPRESION EN LOS EXTREMOS GENERADAS POR LA ACCION SISMICA.

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DIAGRAMA DE HISTERÉSIS – FALLA POR FLEXIÓN

EN UN MURO CON COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN SE PRESENTA UNA RESPUESTA HISTERÉTICA MAS ESTABLE QUE EN UN MURO CON COMPORTAMIENTO A CORTE.

MUROS A CORTE

ℎ𝑤 ≤2 𝐿𝑤

EN ESTOS MUROS DEBE PROVEERSE UNA CUANTIA HORIZONTAL IGUAL A LA CUANTIA VERTICAL PARA CONTROLAR LA TENSION DIAGONAL

DIAGRAMA DE HISTERÉSIS – FALLA POR CORTE

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-

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c) REFUERZO La cuantía mínima de acero de refuerzo, dispuesta en ambas direcciones del muro, debe ser mayor o igual a 0.0025.

El espaciamiento del acero de refuerzo, dispuesto en ambas direcciones del muro no debe exceder de 45cm. En un muro debe emplearse cuando menos dos capas de refuerzo cuando se cumpla alguna de las siguientes relaciones: ℎ𝑤 ≥2 (SISTEMA SI) 𝑉𝑢 > 0.17 ∗ 𝐴𝐶𝑉 ∗ 𝑓´𝑐 𝑙𝑤 El refuerzo que contribuye a la resistencia por corte “Vn” debe ser continuo y distribuido en el plano de corte. La longitud de desarrollo del acero de refuerzo en empalmes, debe ser conforme a lo establecido para barras en tracción. Si el empalme se desarrolla donde es probable alcanzar la cedencia del refuerzo longitudinal, la longitud de desarrollo se debe multiplicar por 1.25.

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MUROS DE CORTE (SHEAR WALL) d) FUERZAS DE DISEÑO Las fuerzas de diseño (axial, corte y momento) deben obtenerse del análisis estructural ante cargas gravitacionales y sísmicas.

e) Elementos de borde en muros En donde se requieran elementos especiales de borde, se deberá cumplir con lo siguiente: -

El elemento especial de borde se debe extender horizontalmente desde la fibra extrema en compresión hasta una distancia “Lmb” no menor que el mayor valor entre: 𝐿𝑚𝑏 = 𝑀𝑎𝑦𝑜𝑟 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒:

𝑐 − 0.1 ∗ 𝐿𝑤 𝑐 2 bmb

Lmb

Lmb

Lw -

El ancho del miembro de borde, incluyendo el ala si existe, debe ser al menos: 𝑏𝑚𝑏 ≥ Donde:

ℎ𝑢 16

hu : representa la longitud no soportada del miembro de borde. -

ℎ𝑤

Para muros y machones de muro con una esbeltez de ≥ 2 que son efectivamente 𝐿𝑤 continuos desde la base de la estructura hasta la parte superior del muro y que se 𝑐 diseñan para tener una única sección critica a flexión y fuerza axial y con ≥ 3/8 el 𝐿𝑤 ancho del miembro de borde debe ser mayor o igual a 300mm.

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El refuerzo transversal de los elementos especiales de borde deben cumplir con los requisitos especificados en la norma ACI 318-14 para las columnas que pertenecen al sistema de pórtico especial a momento. La cantidad de refuerzo transversal debe cumplir con los siguientes valores

𝐴𝑔 = 𝑙𝑏𝑒 ∗ 𝑏 𝐴𝑐ℎ = 𝑏𝑐1 ∗ 𝑏𝑐2

Desarrollo del refuerzo horizontal del muro dentro del elemento confinado de borde

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http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S200730112011000200004 http://materialesparaconstruir.blogspot.pe/2009_03_01_archive.html

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