Estudio experimental del comportamiento sísmico y la capacidad residual en muros esbeltos de hormigón armado

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(1)PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE ESCUELA DE INGENIERIA. ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO SÍSMICO Y LA CAPACIDAD RESIDUAL EN MUROS ESBELTOS DE HORMIGÓN ARMADO. JAIME ALFONSO AMÓN VALLE. Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería. Profesor Supervisor: HERNÁN SANTA MARÍA OYANEDEL. Santiago de Chile, Octubre, 2018  2018, Jaime Alfonso Amón Valle.

(2) PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE ESCUELA DE INGENIERIA. ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO SÍSMICO Y LA CAPACIDAD RESIDUAL EN MUROS ESBELTOS DE HORMIGÓN ARMADO. JAIME ALFONSO AMÓN VALLE. Tesis presentada a la Comisión integrada por los profesores: HERNÁN SANTA MARÍA OYANEDEL MATÍAS ANDRÉS HUBE GINESTAR CLAUDIO OYARZO VERA RICARDO GIESEN ENCINA. Para completar las exigencias del grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería. Santiago de Chile, Octubre, 2018.

(3) A las personas más importantes que son mi madre, padre y hermana. Familia, esta tesis es dedicada a ustedes: Estrella Manuel Patricia. ii.

(4) AGRADECIMIENTOS A Dios que nos brinda vida y salud, que es lo más importante para poder realizar cualquier actividad que pretenda el ser humano. Siendo mı́ guı́a, ayuda y fortaleza a lo largo de las diferentes etapas de mi vida. A mı́ madre, que ha sido el cariño y compresión más bonito y tierno que se puede hallar en la tierra, me ha brindado la luz para seguir en el camino y no perder el rumbo. A mı́ padre, el pilar fundamental en mis estudios, convirtiéndose en un apoyo incondicional para cumplir las metas que me he propuesto. A mı́ hermana, una amiga con la que siempre he contado en todos los momentos. Hago un reconocimiento a la Secretaria Nacional de Educación Superior, Ciencia, Tecnologı́a e Innovación, SENESCYT, la cuál, por medio del programa “Convocatoria abierta 2016” me adjudicó una beca para realizar mis estudios de maestrı́a. Agradezco por este apoyo y confianza brindada. Hago el agradecimiento que los ensayos fueron financiados por el proyecto Fondecyt 1171062, la tesis de investigación forma parte del Fondap CIGIDEN (CONICYT/FONDAP/15110017). Al Prof. Matı́as Hube investigador principal del proyecto Fondecyt. A Jorge Moscoso por el aporte en la etapa de definición, construcción y ejecución de los ensayos de los muros. A los técnicos del laboratorio que estuvieron involucrados en el desarrollo de los ensayos. Quiero agradecer a mi tutor, el Prof. Hernán Santa Marı́a, por la paciencia y consejos brindados en el transcurso de la tesis, sin la ayuda de él hubiera sido imposible alcanzar la meta. A los profesores que componen el Comité, los cuales han aportado con sus comentarios para mejorar el presente trabajo. Un agradecimiento especial a todos los que componen la Pontificia Universidad Católica de Chile, que mantienen la misión de lograr excelencia en la creación y transferencia de conocimiento, formando personas con valores y capacitadas.. iii.

(5) INDICE GENERAL Pág. DEDICATORIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ii. AGRADECIMIENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. iii. ÍNDICE DE TABLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. xi. ÍNDICE DE FIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxii ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxiii 1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.1.1.. Objetivos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.1.2.. Objetivos especı́ficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.2. Metodologı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.3. Organización de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. 1.4. Antecedentes bibliográficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.4.1.. Edificios con muros de hormigón armado . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.4.2.. Comportamiento en muros de hormigón armado . . . . . . . . . . .. 9. 1.4.3.. Estudios realizados en muros esbeltos . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13. 1.4.4.. Capacidad residual de elementos estructurales . . . . . . . . . . . .. 19. 2. COMPONENTE EXPERIMENTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.1. Definición de probetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.1.1.. Matriz de los muros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26. 2.1.2.. Planos de los muros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26. 2.2. Propiedades de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29. 2.2.1.. Ensayos a tracción en las barras de acero . . . . . . . . . . . . . . .. 29. 2.2.2.. Ensayos a compresión en cilindros de hormigón . . . . . . . . . . .. 34. 2.3. Fabricación de muros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39. iv.

(6) 2.3.1.. Moldaje de las bases de los muros . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 2.3.2.. Colocación de barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 2.3.3.. Hormigonado de la base de los muros . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43. 2.3.4.. Colocación de strain-gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 2.3.5.. Moldaje de la pantalla y viga superior de los muros . . . . . . . . .. 45. 2.3.6.. Hormigonado de la pantalla y viga superior de muros . . . . . . . .. 46. 2.4. Metodologı́a de ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 2.4.1.. Pintura usada para fotogrametrı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 2.4.2.. Instrumentación de los muros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. 2.4.3.. Patrón de cargas aplicadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52. 3. RESULTADOS EXPERIMENTALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 3.1. Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 3.1.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. 3.1.2.. Carga axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. 3.1.3.. Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . . . . .. 55. 3.1.4.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. 3.1.5.. Energı́a disipada absoluta y normalizada . . . . . . . . . . . . . . .. 56. 3.1.6.. Rigidez y amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . .. 56. 3.1.7.. Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 3.1.8.. Deformaciones en barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 3.1.9.. Rotación del muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 3.1.10. Correlación de imágenes digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 3.2. Ensayo M1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 3.2.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 3.2.2.. Carga axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 3.2.3.. Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . . . . .. 66. 3.2.4.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 67. 3.2.5.. Energı́a disipada absoluta y normalizada . . . . . . . . . . . . . . .. 69. 3.2.6.. Rigidez y amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . .. 71. 3.2.7.. Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72. 3.2.8.. Deformaciones en barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73. v.

(7) 3.2.9.. Rotación del muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 3.2.10. Correlación de imágenes digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 3.3. Ensayo M2 parte 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 3.3.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 3.3.2.. Carga axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87. 3.3.3.. Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . . . . .. 87. 3.3.4.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 88. 3.3.5.. Energı́a disipada absoluta y normalizada . . . . . . . . . . . . . . .. 90. 3.3.6.. Rigidez y amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . .. 92. 3.3.7.. Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 93. 3.3.8.. Deformaciones en barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 94. 3.3.9.. Rotación del muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97. 3.3.10. Correlación de imágenes digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97. 3.4. Ensayo M2 parte 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.4.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106. 3.4.2.. Carga axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108. 3.4.3.. Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . . . . . 108. 3.4.4.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109. 3.4.5.. Energı́a disipada absoluta y normalizada . . . . . . . . . . . . . . . 111. 3.4.6.. Rigidez y amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . 113. 3.4.7.. Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114. 3.4.8.. Deformaciones en barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115. 3.4.9.. Rotación del muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118. 3.4.10. Correlación de imágenes digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.5. Ensayo M3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.5.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127. 3.5.2.. Carga axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129. 3.5.3.. Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . . . . . 129. 3.5.4.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130. 3.5.5.. Energı́a disipada absoluta y normalizada . . . . . . . . . . . . . . . 132. 3.5.6.. Rigidez y amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . 134. vi.

(8) 3.5.7.. Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135. 3.5.8.. Deformaciones en barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136. 3.5.9.. Rotación del muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139. 3.5.10. Correlación de imágenes digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3.6. Ensayo M4 parte 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 3.6.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148. 3.6.2.. Carga axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150. 3.6.3.. Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . . . . . 150. 3.6.4.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151. 3.6.5.. Energı́a disipada absoluta y normalizada . . . . . . . . . . . . . . . 153. 3.6.6.. Rigidez y amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . 155. 3.6.7.. Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156. 3.6.8.. Deformaciones en barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157. 3.6.9.. Rotación del muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160. 3.6.10. Correlación de imágenes digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 3.7. Ensayo M4 parte 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 3.7.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169. 3.7.2.. Carga axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171. 3.7.3.. Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . . . . . 171. 3.7.4.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172. 3.7.5.. Energı́a disipada absoluta y normalizada . . . . . . . . . . . . . . . 174. 3.7.6.. Rigidez y amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . 176. 3.7.7.. Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177. 3.7.8.. Deformaciones en barras de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178. 3.7.9.. Rotación del muro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181. 3.7.10. Correlación de imágenes digitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 4.1. Comparación experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 4.1.1.. Daño Observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191. 4.1.2.. Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193. 4.1.3.. Energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199. vii.

(9) 4.1.4.. Energı́a disipada normalizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205. 4.1.5.. Rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212. 4.1.6.. Amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220. 4.2. Estimaciones teóricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 4.2.1.. Rigidez teórica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227. 4.2.2.. Resistencia al corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229. 4.2.3.. Resistencia a flexo-compresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230. 4.2.4.. Resistencia al deslizamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232. 4.2.5.. Factor de reducción de capacidad sı́smica . . . . . . . . . . . . . . . 234. 4.3. Resumen del análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 4.3.1.. Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236. 4.3.2.. Comportamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237. 4.3.3.. Estimaciones teóricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240. 4.3.4.. Capacidad residual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241. 5. CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 ANEXO A: ESTRUCTURA METÁLICA PARA ENSAYOS . . . . . . . . . . . . . 251 ANEXO B: PROTOCOLOS DE CARGA PARA ENSAYOS . . . . . . . . . . . . . 252. viii.

(10) INDICE DE TABLAS Pág. Tabla 2-1.. Matriz de los muros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Tabla 2-2.. Resumen de resultados de ensayos a tracción entregados por el labo-. 26. ratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. Tabla 2-3.. Resumen de resultados calculados para barras de acero . . . . . . . .. 33. Tabla 2-4.. Resistencia del hormigón a los 28 dı́as . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. Tabla 2-5.. Resumen con módulos de elasticidad calculados . . . . . . . . . . .. 38. Tabla 2-6.. Resistencia del hormigón a los 76 dı́as . . . . . . . . . . . . . . . .. 39. Tabla 2-7.. Cantidades de acero para los muros . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. Tabla 2-8.. Descripción general de instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. Tabla 3-1.. Matriz de ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. Tabla 4-1.. Resumen del comportamiento histerético . . . . . . . . . . . . . . . 190. Tabla 4-2.. Resumen de parámetros obtenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191. Tabla 4-3.. G1 - Fluencia, fuerzas máximas positivas y negativas . . . . . . . . . 197. Tabla 4-4.. G1 - Desplazamientos máximos medidos positivos, negativos y falla. Tabla 4-5.. G2 - Fluencia, fuerzas máximas positivas y negativas . . . . . . . . . 198. Tabla 4-6.. G2 - Desplazamientos máximos medidos positivos, negativos y falla. Tabla 4-7.. Resumen de energı́a disipada absoluta del ensayo M1 . . . . . . . . 201. Tabla 4-8.. Resumen de energı́a disipada absoluta del ensayo M2 parte 1 . . . . 202. Tabla 4-9.. Resumen de energı́a disipada absoluta del ensayo M2 parte 2 . . . . 202. 197. 198. Tabla 4-10. Resumen de energı́a disipada absoluta del ensayo M3 . . . . . . . . 203 Tabla 4-11. Resumen de energı́a disipada absoluta del ensayo M4 parte 1 . . . . 203 Tabla 4-12. Resumen de energı́a disipada absoluta del ensayo M4 parte 2 . . . . 204 Tabla 4-13. G1 - Energı́a disipada absoluta inicial, promedio y final . . . . . . . 205 Tabla 4-14. G2 - Energı́a disipada absoluta inicial, promedio y final . . . . . . . 205 Tabla 4-15. Resumen de energı́a disipada equivalente del ensayo M1 . . . . . . . 208. ix.

(11) Tabla 4-16. Resumen de energı́a disipada equivalente del ensayo M2 parte 1 . . . 208 Tabla 4-17. Resumen de energı́a disipada equivalente del ensayo M2 parte 2 . . . 209 Tabla 4-18. Resumen de energı́a disipada equivalente del ensayo M3 . . . . . . . 209 Tabla 4-19. Resumen de energı́a disipada equivalente del ensayo M4 parte 1 . . . 210 Tabla 4-20. Resumen de energı́a disipada equivalente del ensayo M4 parte 2 . . . 210 Tabla 4-21. G1 - Energı́a disipada equivalente inicial, promedio y final . . . . . . 212 Tabla 4-22. G2 - Energı́a disipada equivalente inicial, promedio y final . . . . . . 212 Tabla 4-23. Dispersión de resultados de rigidez equivalente del grupo G1 . . . . 213 Tabla 4-24. Dispersión de resultados de rigidez equivalente del grupo G2 . . . . 213 Tabla 4-25. Reducción de rigidez equivalente del muro M2 . . . . . . . . . . . . 213 Tabla 4-26. Reducción de rigidez equivalente del muro M4 . . . . . . . . . . . . 214 Tabla 4-27. Resumen de rigidez equivalente del ensayo M1 . . . . . . . . . . . . 216 Tabla 4-28. Resumen de rigidez equivalente del ensayo M2 parte 1 . . . . . . . . 216 Tabla 4-29. Resumen de rigidez equivalente del ensayo M2 parte 2 . . . . . . . . 217 Tabla 4-30. Resumen de rigidez equivalente del ensayo M3 . . . . . . . . . . . . 217 Tabla 4-31. Resumen de rigidez equivalente del ensayo M4 parte 1 . . . . . . . . 218 Tabla 4-32. Resumen de rigidez equivalente del ensayo M4 parte 2 . . . . . . . . 218 Tabla 4-33. G1 - Rigidez equivalente inicial, promedio y final . . . . . . . . . . 220 Tabla 4-34. G2 - Rigidez equivalente inicial, promedio y final . . . . . . . . . . 220 Tabla 4-35. Resumen de amortiguamiento equivalente del ensayo M1 . . . . . . 223 Tabla 4-36. Resumen de amortiguamiento equivalente del ensayo M2 parte 1 . . 223 Tabla 4-37. Resumen de amortiguamiento equivalente del ensayo M2 parte 2 . . 224 Tabla 4-38. Resumen de amortiguamiento equivalente del ensayo M3 . . . . . . 224 Tabla 4-39. Resumen de amortiguamiento equivalente del ensayo M4 parte 1 . . 225 Tabla 4-40. Resumen de amortiguamiento equivalente del ensayo M4 parte 2 . . 225 Tabla 4-41. G1 - Amortiguamiento equivalente inicial, promedio y final . . . . . 227 Tabla 4-42. G2 - Amortiguamiento inicial, promedio y final . . . . . . . . . . . 227 Tabla 4-43. G1 - Comparación de rigidez inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Tabla 4-44. G2 - Comparación de rigidez inicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 x.

(12) Tabla 4-45. G1 - Comparación de resistencia al corte . . . . . . . . . . . . . . . 230 Tabla 4-46. G2 - Comparación de resistencia al corte . . . . . . . . . . . . . . . 230 Tabla 4-47. G1 - Comparación de resistencia a flexo-compresión . . . . . . . . . 232 Tabla 4-48. G2 - Comparación de resistencia a flexo-compresión . . . . . . . . . 232 Tabla 4-49. G1 - Comparación de resistencia al deslizamiento . . . . . . . . . . 233 Tabla 4-50. G2 - Comparación de resistencia al deslizamiento . . . . . . . . . . 234 Tabla 4-51. Energı́a disipada absoluta final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236. xi.

(13) INDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1-1.. Resumen de los mayores terremotos en Chile entes de 1991 (Wood, 1991) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Figura 1-2.. Patrones de daños observados en edificios dañados después del terremoto de Nueva Zelanda en el 2011 (Kam & Pampanin, 2011) . .. Figura 1-3.. 5. 6. Ejemplos de fallas tı́picas en muros de edificios dañados después del terremoto de Chile en el 2010 (Junemann et al., 2012) . . . . .. 7. Figura 1-4.. Clasificación del nivel de daño (Maeda et al., 2009) . . . . . . . .. 8. Figura 1-5.. Comparación numérica vs experimental de la rigidez y energı́a disipada realizada por Quiroz et al. (2013) . . . . . . . . . . . . .. 10. Figura 1-6.. Configuración de los ensayos realizados por Hidalgo et al. (2002) .. 11. Figura 1-7.. Daño observado en uno de los muros ensayados por Takahashi et al. (2013) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Figura 1-8.. Daño observado en uno de los muros ensayados por Luna et al. (2015) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Figura 1-9.. 12. Respuesta fuerza-desplazamiento de los muros ensayados por Thomsen & Wallace (2004): a) RW1, b) RW2, c) TW1 y d) TW2 . . . .. Figura 1-10.. 11. 13. Daños observados en los muros ensayados por Thomsen & Wallace (2004): a) RW1, b) RW2, c) TW1 y d) TW2 . . . . . . . . . . . .. 14. Figura 1-11.. Detalle de los muros ensayados por Su & Wong (2007) . . . . . .. 15. Figura 1-12.. Modos de falla de los muros ensayados por Su & Wong (2007) . .. 15. Figura 1-13.. Patrón de carga y energı́a disipada de los muros ensayados por Su & Wong (2007) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16. Figura 1-14.. Muros analizados por Beyer et al. (2011) . . . . . . . . . . . . . .. 17. Figura 1-15.. Refuerzos usados en los muros ensayados por Hube et al. (2014): (a) W1 y W5, (b) W4, (c) W6, (d) W7, (e) W8 y (f) W9 . . . . . .. xii. 17.

(14) Figura 1-16.. Estado de los muros ensayados por Hube et al. (2014) después de la falla: (a) W4, (b) W5, (c) W6, (d) W7, (e) W8 y (f) W9 . . . . .. Figura 1-17.. 18. Relación fuerza-desplazamiento de los muros ensayados por Hube et al. (2014): (a) W4, (b) W5, (c) W6, (d) W7, (e) W8 y (f) W9 . .. 18. Figura 1-18.. Detalle del espécimen ensayado por Nakano et al. (2007) . . . . .. 20. Figura 1-19.. Resultados del Pushover realizado a dos estructuras de 1 y 4 pisos por Dastan et al. (2008) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. Figura 1-20.. 20. Comparación numérica y experimental en columnas de hormigón armado sometidas a cargas explosivas realizado por Bao & Li (2010) 21. Figura 1-21.. Ensamblaje de las señales del movimiento del suelo mediante análisis dinámico de doble integración (Trapani et al., 2018) . . . . . . . .. Figura 1-22.. 22. Comparación de la relación fuerza-desplazamiento experimental vs el modelo de elementos finitos (Bedriñana et al., 2016) . . . . .. 23. Figura 2-1.. Muro de referencia W1 (Alarcón et al., 2014) . . . . . . . . . . .. 25. Figura 2-2.. Espesores de muros en edificios dañados (Junemann et al., 2012) .. 25. Figura 2-3.. Dimensiones de muros M1 a M4 . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27. Figura 2-4.. Armado de muros M1 a M4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. Figura 2-5.. Esquema del ensayo a tracción (ASTM A370, 2017) . . . . . . . .. 29. Figura 2-6.. Barras de acero antes del ensayo a tracción . . . . . . . . . . . . .. 30. Figura 2-7.. Barras de acero después del ensayo a tracción . . . . . . . . . . .. 30. Figura 2-8.. Comportamiento de barras de acero con φ 6 mm . . . . . . . . . .. 31. Figura 2-9.. Comportamiento de barras de acero con φ 8 mm . . . . . . . . . .. 31. Figura 2-10.. Comportamiento de barras de acero con φ 12 mm . . . . . . . . .. 32. Figura 2-11.. Cálculo de la tensión de fluencia [Fy ] en barras de acero . . . . . .. 33. Figura 2-12.. Rectificado de cilindros de hormigón . . . . . . . . . . . . . . . .. 35. Figura 2-13.. Instrumentación para ensayos de cilindros de hormigón . . . . . .. 35. Figura 2-14.. Cilindros con anillo para medición de deformación . . . . . . . .. 36. Figura 2-15.. Datos de transductor manual para ensayos de cilindros . . . . . . .. 36. xiii.

(15) Figura 2-16.. Cilindro después del ensayo a compresión . . . . . . . . . . . . .. 37. Figura 2-17.. Curvas tensión-deformación de los cilindros . . . . . . . . . . . .. 38. Figura 2-18.. Moldaje para la base de los muros . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. Figura 2-19.. Armado de acero en la base de los muros . . . . . . . . . . . . . .. 41. Figura 2-20.. Colocación de barras ancladas a la base de muros . . . . . . . . .. 42. Figura 2-21.. Ubicación de straing-gauges en los muros . . . . . . . . . . . . .. 42. Figura 2-22.. Hormigonado en la base de los muros . . . . . . . . . . . . . . .. 43. Figura 2-23.. Ensayos del hormigón usado en la base de los muros . . . . . . .. 43. Figura 2-24.. Colocación de strain-gauges en las barras de acero . . . . . . . . .. 44. Figura 2-25.. Etiquetado y protección de strain-gauges . . . . . . . . . . . . . .. 45. Figura 2-26.. Moldaje de pantalla y viga superior de muros . . . . . . . . . . .. 45. Figura 2-27.. Hormigonado de viga superior de los muros . . . . . . . . . . . .. 46. Figura 2-28.. Hormigonado de pantalla de los muros . . . . . . . . . . . . . . .. 47. Figura 2-29.. Pintura para fotogrametrı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. Figura 2-30.. Instrumentación de muros M1 a M4 . . . . . . . . . . . . . . . .. 49. Figura 2-31.. Configuración del ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51. Figura 2-32.. Vista general del ensayo para el muro M1 . . . . . . . . . . . . .. 52. Figura 2-33.. Protocolo de carga para el muro M1 . . . . . . . . . . . . . . . .. 53. Figura 3-1.. Energı́a disipada en un ciclo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56. Figura 3-2.. Identificación de ciclos histeréticos . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. Figura 3-3.. Ciclo histerético completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. Figura 3-4.. Curvatura y niveles en los muros . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. Figura 3-5.. Ubicación de barras verticales de borde del muro . . . . . . . . .. 59. Figura 3-6.. Rotación de viga superior y la base del muro . . . . . . . . . . . .. 60. Figura 3-7.. Módulo set up project properties en OpteCAL . . . . . . . . . . .. 61. Figura 3-8.. Definición de análisis de imágenes en OpteCAL . . . . . . . . . .. 62. Figura 3-9.. Evolución de grietas durante el ensayo en OpteCAL . . . . . . . .. 63. Figura 3-10.. Transductores para medir curvatura en OpteCAL . . . . . . . . .. 63. xiv.

(16) Figura 3-11.. M1 - Patrón de grietas observado . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. Figura 3-12.. M1 - Vistas al finalizar el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. Figura 3-13.. M1 - Daño observado en el extremo norte del muro . . . . . . . .. 65. Figura 3-14.. M1 - Cargas axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. Figura 3-15.. M1 - Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . .. 67. Figura 3-16.. M1 - Mediciones de transductores T14 y T19 . . . . . . . . . . .. 67. Figura 3-17.. M1 - Fuerza horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68. Figura 3-18.. M1 - Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . .. 69. Figura 3-19.. M1 - Energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70. Figura 3-20.. M1 - Energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70. Figura 3-21.. M1 - Rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 71. Figura 3-22.. M1 - Amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72. Figura 3-23.. M1 - Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73. Figura 3-24.. M1 - Deformación unitaria de barras verticales de borde . . . . . .. 74. Figura 3-25.. M1 - Deformación unitaria de barras verticales laterales . . . . . .. 75. Figura 3-26.. M1 - Deformación unitaria de barras horizontales . . . . . . . . .. 75. Figura 3-27.. M1 - Rotación vs tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. Figura 3-28.. M1 - Mediciones de transductores T12 y T13 con OpteCAL . . . .. 77. Figura 3-29.. M1 - Rotación en la viga superior obtenida con OpteCAL . . . . .. 78. Figura 3-30.. M1 - Grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . . .. 78. Figura 3-31.. M1 - Deformación unitaria vertical en grietas con OpteCAL . . . .. 79. Figura 3-32.. M1 - Ancho de grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . .. 79. Figura 3-33.. M1 - Perfil de deformaciones por nivel obtenidos con OpteCAL . .. 80. Figura 3-34.. M1 - Perfil de deformaciones con deriva de 0.5 % con OpteCAL .. 81. Figura 3-35.. M1 - Perfil de deformaciones con deriva de 1.5 % con OpteCAL .. 82. Figura 3-36.. M1 - Curvaturas obtenidas con OpteCAL. . . . . . . . . . . . . .. 83. Figura 3-37.. M1 - Relación momento-curvatura obtenida con OpteCAL . . . .. 84. Figura 3-38. M 21 - Patrón de grietas observado . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. Figura 3-39. M 21 - Vistas al finalizar el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86. xv.

(17) Figura 3-40. M 21 - Daño observado en el extremo sur del muro . . . . . . . . .. 86. Figura 3-41. M 21 - Cargas axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87. Figura 3-42. M 21 - Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . .. 88. Figura 3-43. M 21 - Mediciones de transductores T14 y T19 . . . . . . . . . . .. 88. Figura 3-44. M 21 - Fuerza horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89. Figura 3-45. M 21 - Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . .. 90. Figura 3-46. M 21 - Energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91. Figura 3-47. M 21 - Energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91. Figura 3-48. M 21 - Rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92. Figura 3-49. M 21 - Amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . .. 93. Figura 3-50. M 21 - Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . .. 94. Figura 3-51. M 21 - Deformación unitaria de barras verticales de borde . . . . .. 95. Figura 3-52. M 21 - Deformación unitaria de barras verticales laterales . . . . .. 96. Figura 3-53. M 21 - Deformación unitaria de barras horizontales . . . . . . . .. 96. Figura 3-54. M 21 - Rotación vs tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97. Figura 3-55. M 21 - Mediciones de transductores T12 y T13 con OpteCAL . . .. 98. Figura 3-56. M 21 - Rotación en la viga superior obtenida con OpteCAL . . . .. 99. Figura 3-57. M 21 - Grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . . .. 99. Figura 3-58. M 21 - Deformación unitaria vertical en grietas con OpteCAL . . . 100 Figura 3-59. M 21 - Ancho de grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . 100 Figura 3-60. M 21 - Perfil de deformaciones por nivel obtenidos con OpteCAL . 101 Figura 3-61. M 21 - Perfil de deformaciones con deriva de 0.5 % con OpteCAL. 102. Figura 3-62. M 21 - Perfil de deformaciones con deriva de 1.5 % con OpteCAL. 103. Figura 3-63. M 21 - Curvaturas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . 104 Figura 3-64. M 21 - Relación momento-curvatura obtenida con OpteCAL . . . . 105 Figura 3-65. M 22 - Patrón de grietas observado . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Figura 3-66. M 22 - Vistas al finalizar el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Figura 3-67. M 22 - Daño observado en el extremo norte del muro . . . . . . . 107 Figura 3-68. M 22 - Cargas axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 xvi.

(18) Figura 3-69. M 22 - Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . 109 Figura 3-70. M 22 - Mediciones de transductores T14 y T19 . . . . . . . . . . . 109 Figura 3-71. M 22 - Fuerza horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Figura 3-72. M 22 - Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . 111 Figura 3-73. M 22 - Energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Figura 3-74. M 22 - Energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Figura 3-75. M 22 - Rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Figura 3-76. M 22 - Amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Figura 3-77. M 22 - Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Figura 3-78. M 22 - Deformación unitaria de barras verticales de borde . . . . . 116 Figura 3-79. M 22 - Deformación unitaria de barras verticales laterales . . . . . 117 Figura 3-80. M 22 - Deformación unitaria de barras horizontales . . . . . . . . 117 Figura 3-81. M 22 - Rotación vs tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Figura 3-82. M 22 - Mediciones de transductores T12 y T13 con OpteCAL . . . 119 Figura 3-83. M 22 - Rotación en la viga superior obtenida con OpteCAL . . . . 120 Figura 3-84. M 22 - Grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . . . 120 Figura 3-85. M 22 - Deformación unitaria vertical en grietas con OpteCAL . . . 121 Figura 3-86. M 22 - Ancho de grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . 121 Figura 3-87. M 22 - Perfil de deformaciones por nivel obtenidos con OpteCAL . 122 Figura 3-88. M 22 - Perfil de deformaciones con deriva de 0.5 % con OpteCAL. 123. Figura 3-89. M 22 - Perfil de deformaciones con deriva de 1.5 % con OpteCAL. 124. Figura 3-90. M 22 - Curvaturas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . 125 Figura 3-91. M 22 - Relación momento-curvatura obtenida con OpteCAL . . . . 126 Figura 3-92.. M3 - Patrón de grietas observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127. Figura 3-93.. M3 - Vistas al finalizar el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128. Figura 3-94.. M3 - Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128. Figura 3-95.. M3 - Cargas axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129. Figura 3-96.. M3 - Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . . 130. Figura 3-97.. M3 - Mediciones de transductores T14 y T19 . . . . . . . . . . . 130 xvii.

(19) Figura 3-98.. M3 - Fuerza horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131. Figura 3-99.. M3 - Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . 132. Figura 3-100. M3 - Energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Figura 3-101. M3 - Energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Figura 3-102. M3 - Rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Figura 3-103. M3 - Amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Figura 3-104. M3 - Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Figura 3-105. M3 - Deformación unitaria de barras verticales de borde . . . . . . 137 Figura 3-106. M3 - Deformación unitaria de barras verticales laterales . . . . . . 138 Figura 3-107. M3 - Deformación unitaria de barras horizontales . . . . . . . . . 138 Figura 3-108. M3 - Rotación vs tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Figura 3-109. M3 - Mediciones de transductores T12 y T13 con OpteCAL . . . . 140 Figura 3-110. M3 - Rotación en la viga superior obtenida con OpteCAL . . . . . 141 Figura 3-111. M3 - Grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . . . 141 Figura 3-112. M3 - Deformación unitaria vertical en grietas con OpteCAL . . . . 142 Figura 3-113. M3 - Ancho de grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . 142 Figura 3-114. M3 - Perfil de deformaciones por nivel obtenidos con OpteCAL . . 143 Figura 3-115. M3 - Perfil de deformaciones con deriva de 0.5 % con OpteCAL . 144 Figura 3-116. M3 - Perfil de deformaciones con deriva de 1.5 % con OpteCAL . 145 Figura 3-117. M3 - Curvaturas obtenidas con OpteCAL. . . . . . . . . . . . . . 146. Figura 3-118. M3 - Relación momento-curvatura obtenida con OpteCAL . . . . 147 Figura 3-119. M 41 - Patrón de grietas observado . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Figura 3-120. M 41 - Vistas al finalizar el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Figura 3-121. M 41 - Daño observado en el extremo sur del muro . . . . . . . . . 149 Figura 3-122. M 41 - Cargas axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Figura 3-123. M 41 - Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . 151 Figura 3-124. M 41 - Mediciones de transductores T14 y T19 . . . . . . . . . . . 151 Figura 3-125. M 41 - Fuerza horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Figura 3-126. M 41 - Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . 153 xviii.

(20) Figura 3-127. M 41 - Energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Figura 3-128. M 41 - Energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Figura 3-129. M 41 - Rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Figura 3-130. M 41 - Amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Figura 3-131. M 41 - Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Figura 3-132. M 41 - Deformación unitaria de barras verticales de borde . . . . . 158 Figura 3-133. M 41 - Deformación unitaria de barras verticales laterales . . . . . 159 Figura 3-134. M 41 - Deformación unitaria de barras horizontales . . . . . . . . 159 Figura 3-135. M 41 - Rotación vs tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Figura 3-136. M 41 - Mediciones de transductores T12 y T13 con OpteCAL . . . 161 Figura 3-137. M 41 - Rotación en la viga superior obtenida con OpteCAL . . . . 162 Figura 3-138. M 41 - Grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . . . 162 Figura 3-139. M 41 - Deformación unitaria vertical en grietas con OpteCAL . . . 163 Figura 3-140. M 41 - Ancho de grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . 163 Figura 3-141. M 41 - Perfil de deformaciones por nivel obtenidos con OpteCAL . 164 Figura 3-142. M 41 - Perfil de deformaciones con deriva de 0.5 % con OpteCAL. 165. Figura 3-143. M 41 - Perfil de deformaciones con deriva de 1.0 % con OpteCAL. 166. Figura 3-144. M 41 - Curvaturas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . 167 Figura 3-145. M 41 - Relación momento-curvatura obtenida con OpteCAL . . . . 168 Figura 3-146. M 42 - Patrón de grietas observado . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Figura 3-147. M 42 - Vistas al finalizar el ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Figura 3-148. M 42 - Daño observado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Figura 3-149. M 42 - Cargas axial aplicada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Figura 3-150. M 42 - Deslizamiento y desplazamiento fuera del plano . . . . . . 172 Figura 3-151. M 42 - Mediciones de transductores T14 y T19 . . . . . . . . . . . 172 Figura 3-152. M 42 - Fuerza horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Figura 3-153. M 42 - Relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . . . . . . . . 174 Figura 3-154. M 42 - Energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Figura 3-155. M 42 - Energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 xix.

(21) Figura 3-156. M 42 - Rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Figura 3-157. M 42 - Amortiguamiento equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Figura 3-158. M 42 - Relación momento-curvatura . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Figura 3-159. M 42 - Deformación unitaria de barras verticales de borde . . . . . 179 Figura 3-160. M 42 - Deformación unitaria de barras verticales laterales . . . . . 180 Figura 3-161. M 42 - Deformación unitaria de barras horizontales . . . . . . . . 180 Figura 3-162. M 42 - Rotación vs tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Figura 3-163. M 42 - Mediciones de transductores T12 y T13 con OpteCAL . . . 182 Figura 3-164. M 42 - Rotación en la viga superior obtenida con OpteCAL . . . . 183 Figura 3-165. M 42 - Grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . . . 183 Figura 3-166. M 42 - Deformación unitaria vertical en grietas con OpteCAL . . . 184 Figura 3-167. M 42 - Ancho de grietas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . 184 Figura 3-168. M 42 - Perfil de deformaciones por nivel obtenidos con OpteCAL . 185 Figura 3-169. M 42 - Perfil de deformaciones con deriva de 0.5 % con OpteCAL. 186. Figura 3-170. M 42 - Perfil de deformaciones con deriva de 1.5 % con OpteCAL. 187. Figura 3-171. M 42 - Curvaturas obtenidas con OpteCAL . . . . . . . . . . . . . 188 Figura 3-172. M 42 - Relación momento-curvatura obtenida con OpteCAL . . . . 189 Figura 4-1.. G1 - Patrón de grietas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192. Figura 4-2.. G2 - Patrón de grietas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193. Figura 4-3.. G1 - Envolvente de relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . 194. Figura 4-4.. G2 - Envolvente de relación fuerza-desplazamiento . . . . . . . . 195. Figura 4-5.. G1 - Comparación de envolventes fuerza-desplazamiento . . . . . 196. Figura 4-6.. G2 - Comparación de envolventes fuerza-desplazamiento . . . . . 198. Figura 4-7.. G1 - Comparación de energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . 199. Figura 4-8.. G2 - Comparación de energı́a disipada absoluta . . . . . . . . . . 200. Figura 4-9.. G1 - Energı́a disipada absoluta inicial, promedio y final . . . . . . 204. Figura 4-10.. G2 - Energı́a disipada absoluta inicial, promedio y final . . . . . . 205. Figura 4-11.. G1 - Comparación de energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . 206. xx.

(22) Figura 4-12.. G2 - Comparación de energı́a disipada equivalente . . . . . . . . . 207. Figura 4-13.. G1 - Energı́a disipada equivalente inicial, promedio y final . . . . 211. Figura 4-14.. G2 - Energı́a disipada equivalente inicial, promedio y final . . . . 211. Figura 4-15.. G1 - Comparación de rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . 214. Figura 4-16.. G2 - Comparación de rigidez equivalente . . . . . . . . . . . . . . 215. Figura 4-17.. G1 - Rigidez equivalente inicial, promedio y final . . . . . . . . . 219. Figura 4-18.. G2 - Rigidez equivalente inicial, promedio y final . . . . . . . . . 219. Figura 4-19.. G1 - Comparación de amortiguamiento equivalente . . . . . . . . 221. Figura 4-20.. G2 - Comparación de amortiguamiento equivalente . . . . . . . . 222. Figura 4-21.. G1 - Amortiguamiento equivalente inicial, promedio y final . . . . 226. Figura 4-22.. G2 - Amortiguamiento equivalente inicial, promedio y final . . . . 226. Figura 4-23.. G1 - Diagrama de interacción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231. Figura 4-24.. G2 - Diagrama de interacción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231. Figura 4-25.. Esquema para cálculo de resistencia al deslizamiento . . . . . . . 233. Figura 4-26.. Diagrama conceptual del factor de reducción de capacidad sı́smica, η (Maeda et al., 2009) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234. Figura 4-27.. Factor de reducción de capacidad sı́smica, η. (Maeda et al., 2009) . 235. Figura 4-28.. Clasificación del nivel de daño (Maeda et al., 2009) . . . . . . . . 235. Figura 5-1.. Estructura Metálica para ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251. Figura 5-2.. Protocolo de carga para el muro M1 . . . . . . . . . . . . . . . . 252. Figura 5-3.. Protocolo de carga para el muro M2 parte 1 . . . . . . . . . . . . 253. Figura 5-4.. Protocolo de carga para el muro M2 parte 2 . . . . . . . . . . . . 254. Figura 5-5.. Protocolo de carga para el muro M3 . . . . . . . . . . . . . . . . 255. Figura 5-6.. Protocolo de carga para el muro M4 parte 1 . . . . . . . . . . . . 256. Figura 5-7.. Protocolo de carga para el muro M4 parte 2 . . . . . . . . . . . . 257. xxi.

(23) RESUMEN Recientes terremotos que han impactado a Chile en el 2010 y Nueva Zelanda en el 2011 demostraron la necesidad de investigación en el tema del comportamiento sı́smico y la capacidad residual en muros de hormigón armado después de haber sido sometidos a un evento sı́smico. Por lo tanto, la hipótesis de esta tesis consiste en estimar el comportamiento sı́smico y la capacidad residual en muros esbeltos de hormigón armado. Esta tesis tiene dos objetivos principales. El primer objetivo es evaluar el comportamiento sı́smico en muros esbeltos de hormigón armado. El segundo objetivo es conocer la capacidad residual obtenida de ensayos experimentales en muros esbeltos de hormigón armado. En esta investigación se realizó una campaña experimental para evaluar el nivel de daño, el comportamiento, la capacidad residual y la respuesta de los muros dañados de hormigón armado mediante la ejecución de seis ensayos. El daño y comportamiento de los muros sin daño previo se obtuvo del ensayo de cuatro muros. Para evaluar la capacidad residual de los muros, dos de los muros fueron ensayados hasta un nivel de daño previo, luego descargados, y luego ensayados nuevamente hasta un nivel de daño severo (falla). Se aplicó un protocolo de carga lateral cı́clica, en que la primera fase fue controlada por fuerza y la segunda fase fue controlada por desplazamientos. Se observó un patrón de agrietamiento similar en todos los ensayos realizados. El ancho máximo de grietas medido al finalizar los ensayos fue de 0.6 mm y tuvo poca variación en todos los ensayos realizados. El tipo de falla observada en los muros fue por flexocompresión. La capacidad residual de rigidez equivalente inicial en el muro M2 fue de 42 % y en el muro M4 fue de 38 % después de ser ensayos por segunda ocasión.. Palabras Clave: hormigón armado, muros esbeltos, estudio experimental, comportamiento sı́smico, capacidad residual. xxii.

(24) ABSTRACT Recent earthquakes that have impacted Chile in 2010 and New Zealand in 2011 demonstrated the need for research on the subject of seismic behavior and residual capacity in reinforced concrete walls after having been subjected to a seismic event. Therefore, the hypothesis of this thesis is to estimate seismic behavior and residual capacity in slender walls of reinforced concrete. This thesis has two main objectives. The first objective is to evaluate the seismic behavior in slender walls of reinforced concrete. The second objective is to know the residual capacity obtained from experimental tests on slender reinforced concrete walls. In this research, an experimental campaign was conducted to evaluate the damage level, the behavior, the residual capacity and the response of the damaged reinforced concrete walls through the execution of six tests. The damage and behavior of the walls without previous damage was obtained from the test of four walls. To evaluate the residual capacity of the walls, two of the walls were tested to a level of prior damage, then discharged, and then tested again to a level of severe damage (failure). A cyclic lateral loading protocol was applied, in which the first phase was controlled by force and the second phase was controlled by displacements. A similar cracking pattern was observed in all the tests carried out. The maximum width of cracks measured at the end of the tests was 0.6 mm and had little variation in all the tests performed. The type of failure observed in the walls was by flexo-compression. The residual capacity of initial equivalent stiffness in the M2 wall was 42 % and in the M4 wall it was 38 % after being tested for the second time.. Keywords: reinforced concrete, slender walls, experimental study, seismic behavior, residual capacity. xxiii.

(25) 1 1.. INTRODUCCIÓN. El trabajo desarrollado en esta tesis forma parte del proyecto Fondecyt 1171062, que tiene el objetivo de investigar la efectividad de reparaciones de muros realizadas después del terremoto en Chile del 2010, para proporcionar evidencia técnica que ayude al proceso de toma de decisiones y evaluación en estructuras posteriores a un terremoto. En el proyecto total se consideran seis muros y en esta tesis sólo se describen los ensayos de cuatro de ellos. En este capı́tulo se plantean los objetivos generales y especı́ficos de esta tesis. Se describe la metodologı́a seguida para el desarrollo del estudio experimental realizado. La organización de la tesis es presentada como una guı́a del orden de los capı́tulos, secciones y sub-secciones en que se encuentra la información. Por último, se hace una revisión de los antecedentes bibliográficos de estudios realizados al comportamiento y capacidad residual en muros de hormigón armado. 1.1.. Objetivos. El objetivo de esta tesis es evaluar el comportamiento sı́smico y la capacidad residual en muros esbeltos de hormigón armado. La hipótesis es que mediante ensayos sucesivos se puede medir la capacidad sı́smica residual de un muro de hormigón armado. 1.1.1.. Objetivos generales. Los objetivos generales son los siguientes:. 1. Evaluar el comportamiento sı́smico en muros esbeltos de hormigón armado. 2. Conocer la capacidad residual obtenida de ensayos experimentales en muros esbeltos de hormigón armado.. 1.1.2.. Objetivos especı́ficos. Los objetivos especı́ficos son los siguientes:.

(26) 2. 1. Describir la campaña experimental para fabricar los muros esbeltos de hormigón armado, ası́ como los ensayos de materiales realizados e instrumentación usada. 2. Documentar el nivel de daño, patrón y ancho de grietas observado en los ensayos realizados a los muros esbeltos de hormigón armado. 3. Obtener y analizar la relación fuerza-desplazamiento, momento-curvatura en cada ensayo realizado. Mostrar las envolventes de la relación fuerza-desplazamiento y la comparación entre los muros con las mismas propiedades geométricas y de materiales. 4. Evaluar y comparar el comportamiento y la capacidad residual de la energı́a disipada absoluta y equivalente, ası́ como la rigidez y amortiguamiento equivalentes en los muros esbeltos de hormigón armado. 5. Obtener el grado de exactitud en el uso de la correlación de imágenes digitales empleando el software OpteCAL (www.optecal.com). 6. Realizar estimaciones de la rigidez teórica, la resistencia al corte, flexo-compresión y deslizamiento en los muros esbeltos de hormigón armado.. 1.2.. Metodologı́a. La metodologı́a general para el desarrollo de la tesis inicia con la campaña experimental. Se empieza con la definición de la geometrı́a, el armado de acero y la instrumentación en los muros esbeltos ensayados. Se realiza ensayos a probetas de barras de acero y cilindros de hormigón para obtener las propiedades del acero y hormigón usados en la fabricación de los muros. Se define la configuración de los ensayos y protocolos de carga cı́clicos aplicados. Se programa realizar seis ensayos a cuatros muros esbeltos de hormigón armado. El daño y comportamiento de los muros se obtiene de cuatro ensayos iniciados sin daño previo en el muro. Para evaluar la capacidad residual de los muros se hace dos ensayos adicionales iniciando con un estado de daño leve previo en el muro..

(27) 3. El estudio de la tesis se centra en dos etapas: la obtención y el análisis de los resultados experimentales. En la primera etapa se detalla el daño observado, la carga axial aplicada, el deslizamiento y desplazamiento fuera del plano, la relación fuerza-desplazamiento, la energı́a disipada absoluta y equivalente o normalizada, la rigidez y amortiguamiento equivalentes, la relación momento-curvatura, las deformaciones en barras de acero y la rotación del muro. Por último, se realiza un análisis de correlación de imágenes digitales para medir desplazamientos, evaluar el agrietamiento de los muros y comparar su precisión con lo medido y observado en los ensayos realizados. En la segunda etapa de estudio se realiza un análisis de los resultados experimentales obtenidos, se compara el daño observado, la relación fuerza-desplazamiento, la energı́a disipada absoluta y normalizada, ası́ como la rigidez y amortiguamiento equivalente entre los ensayos realizados. Además, se realiza estimaciones de rigidez teórica, la resistencia a corte, flexocompresión y deslizamiento de los muros. Se hace la comparación con los valores experimentales obtenidos de los ensayos. Por último, se presenta las conclusiones relevantes del trabajo realizado mostrando valores principales, diferencias porcentuales y tendencias encontradas en los resultados obtenido experimentalmente. 1.3.. Organización de la tesis. La tesis está compuesta por 5 capı́tulos. El capı́tulo 1 es la introducción y está compuesto por 4 secciones. La sección 1.1 muestra los objetivos generales y especı́ficos a lograr en esta tesis. La sección 1.2 contiene la metodologı́a, se explica en forma general los pasos seguidos en el desarrollo del trabajo realizado. En la sección 1.3 se explica la organización de todo el contenido de la tesis. Por último, se tiene la sección 1.4 de los antecedentes bibliográficos, recopila el estado del arte en el estudio experimental del comportamiento y capacidad residual en muros esbeltos de hormigón armado. En el capı́tulo 2 se tiene la componente experimental, la cuál se divide en 5 secciones. La sección 2.1 comprende a la definición de las probetas, se muestran los planos, las dimen-.

(28) 4. siones y armado de los muros. En la sección 2.2 se tiene las propiedades de los materiales usados, los principales son el acero y hormigón. La sección 2.3 describe la fabricación de los muros, aquı́ se detalla cada una de las etapas en la construcción de los muros de hormigón armado. La sección 2.4 contiene la metodologı́a de los ensayos que se siguió en el laboratorio. El capı́tulo 3 comprende la presentación de los resultados experimentales realizados, se dividió en 7 secciones. La sección 3.1 muestra las definiciones y criterios seguidos para el procesamiento de los resultados experimentales. De la sección 3.2 a 3.7 se muestran los resultados obtenidos en los ensayos realizados a los muros M1 a M4., dentro de cada sección se describe el daño observado, la carga axial aplicada, el deslizamiento y desplazamiento fuera del plano, la relación fuerza-desplazamiento, la energı́a disipada absoluta y normalizada, la rigidez y amortiguamiento equivalentes, la relación momento-curvatura, las deformaciones en barras de acero y la rotación del muro. Por último, se realizó un análisis de correlación de imágenes digitales para medir desplazamientos, evaluar el agrietamiento de los muros y comparar su precisión con lo medido y observado en los ensayos realizados. En el capı́tulo 4 se presenta el análisis de resultados, se dividió en 3 secciones. En la sección 4.1 se hizo la comparación experimental entre los ensayos realizados, se comparó el daño observado, la relación fuerza-desplazamiento, la energı́a disipada absoluta y normalizada, ası́ como la rigidez y amortiguamiento equivalente. En la sección 4.2 se realizó estimaciones de rigidez teórica, la resistencia a corte, flexo-compresión y deslizamiento de los muros. Se hizo la comparación con los valores experimentales obtenidos de los ensayos. La sección 4.3 describe el resumen de los valores principales en el daño observado, el comportamiento, las estimaciones teóricas y la capacidad residual en los muros esbeltos de hormigón armado. El capı́tulo 5 muestra las conclusiones del trabajo realizado. Por último, se presenta la bibliografı́a usada para el desarrollo de la tesis y dos anexos agregados al final..

(29) 5. 1.4.. Antecedentes bibliográficos. En esta sección se resumen los principales trabajos y publicaciones realizadas por varios autores en el pasado respecto a edificios con muros de hormigón armado, el comportamiento de muros, el estudio de muros esbeltos y el análisis de la capacidad residual de elementos estructurales. 1.4.1.. Edificios con muros de hormigón armado. En Chile se construyen edificios con muros de hormigón armado, que han sido sometidos a diversos terremotos a lo largo de la historia, por lo que es importante primero conocer con que frecuencia ocurren los terremotos en Chile. En la Figura 1-1 se muestra el resumen de los mayores terremotos en Chile antes de 1991. Se observa que a partir de 1825 para sismos con magnitud superior a 7 el periodo de retorno es menor, naciendo la necesidad del estudiar el comportamiento y la capacidad residual de muros de hormigón armado sometidos a eventos sı́smicos previos.. Figura 1-1: Resumen de los mayores terremotos en Chile entes de 1991 (Wood, 1991). Grandes terremotos han azotado varios lugares alrededor del mundo, por ejemplo en el 2010 la ciudad de Christchurch en Nueva Zelanda experimentó un terremoto de Mw = 7.0. Después en el 2011 la misma zona fue golpeada por un terremoto de Mw = 6.3, quedando bastante afectada la ciudad de Christchurch. La evaluación del comportamiento sı́smico de los edificios de hormigón armado en Nueva Zelanda fue realizada por Kam & Pampanin (2011). En la Figura 1-2 se muestran los daños ocasionados en los edificios.

(30) 6. dañados después del terremoto de Nueva Zelanda en el 2011, se observa pandeo de barras de acero longitudinales y también pandeo fuera del plano de los muros.. Figura 1-2: Patrones de daños observados en edificios dañados después del terremoto de Nueva Zelanda en el 2011 (Kam & Pampanin, 2011). Con los antecedentes de la frecuencia en que ocurren grandes terremotos en el mundo y los daños observados, es necesario revisar la investigaciones realizadas a los edificios de hormigón armado dañados tras los terremotos. Por ejemplo, Riddell et al. (1987) realizaron un resumen de las caracterı́sticas estructurales y estadı́sticas de daño en los edificios afectados en el terremoto de 1985 en Chile, y Wood (1991) evaluó el comportamiento de esos edificios dañados. En el trabajo de Wood (1991) se resumen las caracterı́sticas estructurales, los detalles de reforzamiento, el daño observado, la interpretación general de la respuesta, ası́ como la demanda y la capacidad de desplazamiento en los edificios dañados tras el terremoto de 1985 en Chile. Wood (1991) concluyó acorde al excelente comportamiento de los edificios Chilenos en el terremoto de 1985, sugiere que los elementos de borde toman menos importancia si existe suficiente área transversal proporcionada del muro. El 27 de febrero del 2010 el terremoto del Maule (Mw = 8.8) azotó toda la zona costera de Chile, dando origen a varias investigaciones. Por ejemplo, Westenenk et al. (2013) realizaron un análisis e interpretación de la respuesta sı́smica en edificios de hormigón armado tras el terremoto en Chile del 2010. Se evaluó la orientación del daño observado, las irregularidades horizontales y verticales, los detalles estructurales, los problemas de construcción, la propagación del daño dentro de los edificios y las fuentes de disipación de energı́a. Se.

(31) 7. sugirió que la consideración simultánea de las diferentes componentes de sismos deben ser tomadas en cuenta en los nuevos códigos de diseño. Varios autores también realizaron investigaciones sobre los edificios dañados tras el terremoto en Chile del 2010, tales como: Junemann et al. (2012); Wallace et al. (2012); Junemann et al. (2015) y Alarcón et al. (2015). Junemann et al. (2012) presentó las caracterı́sticas de los muros de hormigón armado en los edificios dañados después el terremoto en Chile del 2010. Se describió el daño según el año de construcción de los edificios, la distribución del daño en la dirección longitudinal y transversal, el ancho de muros, la razón de aspecto y la carga axial promedio. En la Figura 1-3 se muestran ejemplos de fallas tı́picas en muros de edificios dañados después del terremoto de Chile en el 2010, se observa el pandeo fuera del plano y aplastamiento del hormigón en los muros.. Figura 1-3: Ejemplos de fallas tı́picas en muros de edificios dañados después del terremoto de Chile en el 2010 (Junemann et al., 2012). Wallace et al. (2012) estudiaron el daño e implicaciones para diseño sı́smico de edificios con muros de hormigón armado, se evaluó el comportamiento de edificios dañados después del terremoto de Chile en el 2010. Se analizó el daño observado, la demanda de deriva, la importancia de la carga axial y la configuración de los muros. Un análisis estadı́stico de los edificios dañados después el terremoto en Chile del 2010 fue publicado por Junemann et al. (2015). Se presentó un inventario, las caracterı́sticas geométricas, las propiedades de los materiales y los ı́ndices de irregularidades de los edificios dañados. También se evaluó las caracterı́sticas de los edificios no afectados por el terremoto y el análisis de la razón de carga axial en los edificios dañados. Las caracterı́sticas y la capacidad de desplazamiento después el terremoto en Chile del 2010.

(32) 8. fue estudiado por Alarcón et al. (2015). En esta investigación se obtuvo la geometrı́a general y parámetros de diseño para los muros de hormigón armado en los edificios dañados, relacionando sus valores con el daño observado. Se comparó la capacidad con la demanda de desplazamiento del techo en muros dañados. Por último, los edificios dañados necesitan ser evaluados con una metodologı́a que permita conocer su estado de daño después de sucedido los terremotos y si es seguro o no habitarlos. Una guı́a para la evaluación del daño post-terremoto en edificios de hormigón armado basados en la capacidad sı́smica residual fue desarrollada por Maeda et al. (2004). En el estudio realizado por Maeda et al. (2004) se evaluó el factor de reducción de capacidad sı́smica η experimentalmente y analı́ticamente. En la Figura 1-4 se muestra el factor de reducción de capacidad sı́smica η, el cual permite la evaluación del daño post-terremoto. También se observa una tabla con la clasificación del nivel de daño, este concepto será utilizado en el análisis y la evaluación del estado de daño en dos de los muros de esta tesis.. Figura 1-4: Clasificación del nivel de daño (Maeda et al., 2009).

(33) 9. 1.4.2.. Comportamiento en muros de hormigón armado. Es esencial conocer el comportamiento en muros de hormigón armado y poder predecir la respuesta de los muros ante un evento sı́smico. El comportamiento en muros de hormigón armado ha sido estudio para edificios, viviendas, tanto numéricamente como con ensayos experimentales. Por ejemplo, Lefas & Kotsovos (1990) estudiaron las caracterı́sticas de deformación y fuerzas en muros de hormigón armado ante cargas cı́clicas. Se realizó un programa experimental con cuatro muros de hormigón armado con razón de aspecto igual a 2. Tres de los muros fueron reparados después de ser ensayados hasta la falla. Se encontró que la capacidad de resistencia de los muros reparados es independiente de la resistencia del hormigón. Los muros reparados tuvieron menor rigidez y menor ductilidad que los muros originales. Viviendas de una o dos plantas con muros de hormigón son tı́picas en paı́ses de América Latina, por lo que el comportamiento sı́smico de muros de hormigón destinados a viviendas sujetos a excitaciones de una mesa vibradora fue investigado por Carrillo & Alcocer (2012). La investigación contiene información sobre las capacidades de desplazamiento y fuerza de corte, ası́ como las caracterı́sticas dinámicas de seis muros de hormigón armado ensayados en una mesa vibradora. Las variables estudiadas fueron la geometrı́a de los muros, el tipo de hormigón y la cuantı́a de refuerzo usada. Se encontró que el comportamiento de muros con hormigón de peso normal y ligero son comparables entre sı́. Simulaciones numéricas y comparaciones con los resultados experimentales para estudiar el comportamiento cı́clico de muros de hormigón armado en Perú fue realizado por Quiroz et al. (2013). Se hicieron siete ensayos a muros aplicando cargas laterales cı́clicas, el comportamiento se analizó considerando la rigidez, energı́a disipada y amortiguamiento viscoso equivalente. Para las simulaciones numéricas se usó el modelo histerético de 3 parámetros de Park, teniendo buena aproximación con los resultados de los ensayos experimentales. En la Figura 1-5 se muestra la comparación numérica vs experimental de la rigidez y energı́a disipada realizada por Quiroz et al. (2013), se observa la degradación de rigidez y el aumento.

(34) 10. de la energı́a disipada conforme crece el nivel de desplazamiento aplicado.. Figura 1-5: Comparación numérica vs experimental de la rigidez y energı́a disipada realizada por Quiroz et al. (2013). Hidalgo et al. (2002) estudiaron el comportamiento de muros cortos de hormigón armado. Se realizó ensayos experimentales a 26 muros aplicando cargas cı́clicas controladas por desplazamiento. Los resultados de la investigación incluye la fuerza máxima de corte, las fuerzas y derivas asociadas al colapso de los muros. Se analizó la capacidad de deformación, la energı́a de disipación y la degradación de resistencia. En la Figura 1-6 se muestra la configuración de los ensayos realizados por Hidalgo et al. (2002), se observa el uso de transductores para medir desplazamientos horizontales y verticales en el muro. Se encontró que la energı́a disipada normalizada se mantuvo prácticamente constante en todos los ensayos realizados..

(35) 11. Figura 1-6: Configuración de los ensayos realizados por Hidalgo et al. (2002). La capacidad de desplazamiento en muros de hormigón armado con confinamiento limitado fue una investigación realizada por Takahashi et al. (2013). Se hicieron 10 ensayos, los detalles de confinamiento no cumplı́an los requerimientos del ACI318. En la Figura 1-7 se muestra el daño observado en uno de los muros ensayados por Takahashi et al. (2013), se observa la concentración de daño en el borde que no cumple con el confinamiento adecuado, además de pandeo en las barras longitudinales.. Figura 1-7: Daño observado en uno de los muros ensayados por Takahashi et al. (2013).

(36) 12. Alarcón et al. (2014) estudiaron el efecto de la carga axial en el comportamiento sı́smico de muros sin confinamiento de borde. Tres muros idénticos fueron ensayados, se ensayó con el mismo patrón de carga lateral pero variando el nivel de carga axial aplicada. Los resultados experimentales mostraron que la razón de carga axial tiene un efecto importante en el comportamiento sı́smico y modos de falla en los muros de hormigón armado. El comportamiento sı́smico de muros cortos de hormigón armado fue estudiando por Luna et al. (2015). Doce muros cortos fueron ensayados para validar ecuaciones y modelos histeréticos del comportamiento no-lineal de los muros cortos. En la Figura 1-8 se muestra el daño observado en uno de los muros ensayados por Luna et al. (2015), se observa una grieta pronunciada que divide en dos partes al muro cuando alcanzó la deriva de 1.4 %.. Figura 1-8: Daño observado en uno de los muros ensayados por Luna et al. (2015). Lu et al. (2015) estudiaron el comportamiento de muros de hormigón armado con mı́nimo refuerzo vertical, realizando la comparación del modelamiento con elementos finitos y ensayos experimentales para la validación de los resultados. Se analizó la respuesta de la fuerza lateral, la distribución de grietas, el comportamiento histerético, los modos de falla y la capacidad de deformación de los muros ensayados. El modelo de elementos finitos usado si fue capaz de reproducir en forma adecuada el comportamiento global y local de los muros. Como se observó anteriormente, varios autores han realizado investigaciones sobre muros de hormigón armado para edificios, viviendas, tanto numéricamente como con ensayos experimentales. Sin embargo, esta tesis estudia el comportamiento a muros esbeltos, por lo.

(37) 13. que la siguiente sub-sección se enfoca y presenta las principales investigaciones realizadas a muros con relación de aspecto igual o superior a 2.0. 1.4.3.. Estudios realizados en muros esbeltos. Esta tesis abarca el estudio de muros esbeltos de hormigón armado, siendo necesaria la revisión bibliográfica a trabajos realizados en este tipo de muros. Massone & Wallace (2004) y Thomsen & Wallace (2004) estudiaron la respuesta fuerza-desplazamiento en muros esbeltos de hormigón armado. Se ensayaron seis muros a escala 1/4, los especı́menes tuvieron forma rectangular con aberturas y también muros tipo T. La carga axial aplicada fue 0.1Ag fc0 . En la Figura 1-9 se muestran las respuestas fuerza-desplazamiento de los muros RW1, RW2, TW1 y TW2 ensayados por Thomsen & Wallace (2004). Se observa que los muros alcanzaron una deriva máxima entre 1.7 y 2.7 %. La fuerza horizontal máxima estuvo entre 140 y 200 kN, no se observa degradación de resistencia pero sı́ de rigidez.. Figura 1-9: Respuesta fuerza-desplazamiento de los muros ensayados por Thomsen & Wallace (2004): a) RW1, b) RW2, c) TW1 y d) TW2.

(38) 14. En la Figura 1-10 se muestran los daños observados en los muros ensayados por Thomsen & Wallace (2004). El daño del muro RW1 se muestra a una deriva de 2.0 %, del muro RW2 a una deriva de 2.5 %, del muro TW1 a una deriva de 1.25 % y del muro TW2 a una deriva de 2.5 %.. Figura 1-10: Daños observados en los muros ensayados por Thomsen & Wallace (2004): a) RW1, b) RW2, c) TW1 y d) TW2. Su & Wong (2007) estudiaron el comportamiento sı́smico en muros esbeltos de hormigón armado aplicando una elevada razón de carga axial. Fueron ensayados tres especı́menes y se analizó el efecto de la razón de carga axial, los modos de falla, la capacidad de ductilidad, la degradación de resistencia y la capacidad de carga axial. En la Figura 1-11 se muestra el detalle de los muros ensayados por Su & Wong (2007), se observa la geometrı́a y las barras de acero colocadas..

(39) 15. Figura 1-11: Detalle de los muros ensayados por Su & Wong (2007). En la Figura 1-12 se muestran los modos de falla de los muros ensayados por Su & Wong (2007). Se observa que el daño del muro W1 se concentró en los bordes inferiores y además hubo pandeo de barras longitudinales de acero. Los muros W2 y W3 se sometieron a mayores razones de carga axial provocando las fallas por pandeo fuera del plano.. (a) W1. (b) W2. (c) W3. Figura 1-12: Modos de falla de los muros ensayados por Su & Wong (2007). En la Figura 1-13 se muestran el patrón de carga y la energı́a disipada de los muros ensayados por Su & Wong (2007). Se observa que el patrón de carga inicia con la fase de control.

(40) 16. por fuerza y después la fase de control por desplazamiento con incrementos de dos ciclos con igual nivel de desplazamientos. También se observa que la energı́a disipada es creciente conforme avanza el número de ciclos de carga aplicados.. (a) Patrón de carga. (b) Energı́a disipada. Figura 1-13: Patrón de carga y energı́a disipada de los muros ensayados por Su & Wong (2007). Las deformaciones de corte en muros esbeltos de hormigón armado bajo cargas cı́clicas fue estudiado por Beyer et al. (2011). La evaluación de las deformaciones de corte debidas a demandas de desplazamientos en el rango no-lineal fueron basadas a los resultados de 34 ensayos disponibles en la literatura. Se analizó las deformaciones de corte en muros rectangulares y no rectangulares. En la Figura 1-14 se muestran los muros analizados por Beyer et al. (2011), se observa variedad en la geometrı́a y reforzamiento proporcionado en los muros. Hube et al. (2014) realizó una investigación sobre el comportamiento sı́smico en muros esbeltos de hormigón armado. El primero objetivo del estudio realizado fue entender el daño observado en muros esbeltos después del terremoto en Chile del 2010. El segundo objetivo fue proveer recomendaciones para estimar el desplazamiento lateral y la rigidez efectiva en muros esbeltos de hormigón armado. El muro de referencia estudiado por Hube et al. (2014) tuvo un largo de 700 mm, alto de 1600 mm y un ancho igual a 100 mm. En la Figura 1-15 se muestran los refuerzos usados en los muros ensayados por Hube et al. (2014). Se observa variedad en el tipo de refuerzos usados..

(41) 17. Figura 1-14: Muros analizados por Beyer et al. (2011). Figura 1-15: Refuerzos usados en los muros ensayados por Hube et al. (2014): (a) W1 y W5, (b) W4, (c) W6, (d) W7, (e) W8 y (f) W9.

(42) 18. En la Figura 1-16 se muestran los muros ensayados por Hube et al. (2014) después de la falla, se observa que el daño se concentró en todo el largo de la zona inferior de los muros, además se observa pandeo de las barras de acero longitudinales. En la Figura 1-17 se muestran las relaciones fuerza-desplazamiento de los muros ensayados por Hube et al. (2014), se observa que la fuerza máxima horizontal estuvo entre 100 y 200 kN, la deriva máxima alcanzada se localizó entre 1.7 y 3.0 %.. Figura 1-16: Estado de los muros ensayados por Hube et al. (2014) después de la falla: (a) W4, (b) W5, (c) W6, (d) W7, (e) W8 y (f) W9. Figura 1-17: Relación fuerza-desplazamiento de los muros ensayados por Hube et al. (2014): (a) W4, (b) W5, (c) W6, (d) W7, (e) W8 y (f) W9.

(43) 19. 1.4.4.. Capacidad residual de elementos estructurales. La capacidad sı́smica reducida después de un estado de daño es conocida como la capacidad residual (Polese et al., 2012). La capacidad residual ha sido una de las preocupaciones dentro de la ingenierı́a estructural, siendo necesaria la investigación experimental y numérica de la capacidad residual de diversos elementos estructurales. Por ejemplo, Han et al. (2002) estudiaron la fuerza residual en columnas metálicas rellenas con hormigón sometidas a un incendio, el objetivo fue evaluar el daño potencial caudado por el fuego y establecer un enfoque para la reparación de las columnas. Se encontró que la razón de esbeltez, las dimensiones de las columnas y la duración del fuego tienen una influencia significativa en la capacidad residual de las columnas evaluadas. La estimación de la capacidad sı́smica residual de marcos de hormigón armado rellenos de mamposterı́a no reforzada fue tema de investigación realizada por Nakano et al. (2007). El objetivo del estudio fue desarrollar un método de evaluación sı́smica post-terremoto. Se analizó la relación entre el ancho de grietas residuales medidas y la capacidad sı́smica residual, además se propuso factores de reducción para estimar la capacidad sı́smica basados en el daño observado del ensayo experimental realizado. En la Figura 1-18 se muestra el detalle del espécimen ensayado por Nakano et al. (2007), se observa la dimensiones generales y la configuración estructural evaluada. Dastan et al. (2008) realizaron un estudio numérico de la capacidad residual de marcos de hormigón armado rellenos de mamposterı́a no reforzada basados en los resultados experimentales realizados por Nakano et al. (2007). Se desarrolló un método de evaluación sı́smica pre y post-terromoto. El software ANSYS (www.ansys.com) fue usado para evaluar la rigidez, la ductilidad, la resistencia, el patrón y ancho de grietas que tienen gran importancia en la evaluación después de un evento sı́smico. En la Figura 1-19 se muestran los resultados del Pushover realizado a dos estructuras de 1 y 4 pisos por Dastan et al. (2008), se observa una aproximación numérica aceptable respecto a los resultados experimentales..

(44) 20. Figura 1-18: Detalle del espécimen ensayado por Nakano et al. (2007). Figura 1-19: Resultados del Pushover realizado a dos estructuras de 1 y 4 pisos por Dastan et al. (2008). Bao & Li (2010) y Wu et al. (2010) estudiaron la capacidad residual en columnas de hormigón armado sometidas a cargas explosivas. Las columnas son el componente principal en los marcos de hormigón armado, siendo las más vulnerables a ataques terroristas mediante explosiones. Usando el software LS-DYNA (www.lstc.com/products/ls-dyna) fueron analizadas 12 columnas para investigar el efecto del refuerzo horizontal, la razón de carga axial, barras de acero longitudinales y razón de esbeltez de las columnas. En la Figura 120 se muestra la comparación numérica y experimental en columnas de hormigón armado sometidas a cargas explosivas realizado por Bao & Li (2010), se observa el estado de daño en el ensayo de la columna y la aproximación con una simulación numérica..