Seismic behavior and design criteria of partially-grouted reinforced masonry walls with openings
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Date
2024
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Abstract
El sistema estructural compuesto por muros de albañilería armada parcialmente rellena (PG-RM por sus siglas en inglés) es comúnmente utilizado en regiones de sismicidad media y alta (por ejemplo, Chile, Canadá, Estados Unidos y Nueva Zelanda) debido a su economía y eficiencia. En los últimos años se han realizado investigaciones experimentales y numéricas para identificar los principales parámetros que influyen en su comportamiento sísmico. Sin embargo, se ha dedicado poca atención al estudio del efecto de las aberturas en su respuesta estructural, a pesar de que en estructuras reales generalmente se presentan diferentes configuraciones de muros con aberturas (por ejemplo, fachadas frontales con ventanas y puertas), y su respuesta sísmica difiere de la de los muros sólidos (sin aberturas). La poca investigación sobre este tema ha llevado a la existencia de expresiones de corte que provienen de muros sin aberturas y a una falta de disposiciones que consideren el efecto de las aberturas en los procesos de diseño. En este contexto, esta investigación tiene como objetivo principal proponer un criterio de diseño para muros PG-RM que considere el efecto de las aberturas. Para lograr este objetivo, esta investigación se dividió en tres partes. La primera parte consistió en caracterizar la respuesta experimental de muros PG-RM con aberturas sometidos a una acción combinada de carga axial constante y carga lateral cíclica. El efecto de las aberturas se evaluó en términos de las curvas de histéresis y de fuerza-desplazamiento. Además, los campos de deformaciones principales y patrones de agrietamiento se monitorearon con un sistema de correlación digital de imágenes (DIC por sus siglas en inglés) 2D. Luego, se llevó a cabo un estudio de sensibilidad enfocado en las aberturas para analizar más a fondo la influencia de su tamaño en la respuesta lateral de muros tipo fachada con configuraciones asimétricas. Por lo tanto, se desarrolló y validó un macromodelo de elementos finitos con los resultados experimentales de cuatro muros PG-RM a escala real ensayados previamente. La validación numérica se realizó en términos de su capacidad para representar la resistencia a corte y modo de falla de los muros.
En general, se observó una buena correlación entre las respuestas experimentales y las simulaciones numéricas. Los resultados experimentales y numéricos indican que las variaciones en el tamaño de las aberturas afectan la capacidad de corte del muro. La capacidad de carga de los muros PG-RM con aberturas se reduce cuando aumenta su altura o su ancho o cuando aumenta el número de aberturas. Además, se observó que la direccionalidad de la carga lateral juega un papel fundamental en la evolución del daño. Por lo tanto, estos hallazgos se utilizaron para proponer un enfoque para determinar la altura efectiva de los piers (segmentos de muro) para calcular la capacidad de corte de los muros PG-RM con aberturas. La definición de una altura efectiva tiene como objetivo capturar los efectos de la direccionalidad de la carga en los patrones de falla del muro. Finalmente, se presentó una propuesta de actualización del código chileno para el diseño de muros PG-RM —NCh1928. Of1993 Mod.2009—, pasando del formato de Diseño por Esfuerzos Admisibles (ASD por sus siglas en inglés) a una metodología de diseño de factores de carga y resistencia (LRFD por sus siglas en inglés). Se realizó una calibración basada en confiabilidad utilizando simulaciones de Montecarlo para definir un índice de confiabilidad objetivo y factores de reducción de resistencia apropiados para diseñar muros PG-RM por corte. Esta transición en la metodología proporciona diseños con un índice de confiabilidad y una probabilidad de falla uniformes, enfatizando un comportamiento consistente en varios escenarios de carga.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)---Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024
Keywords
Albañilería armada, Parcialmente rellena, Efecto de las aberturas, Ensayo en el plano, Simulación numérica, Factores de reducción, Confiabilidad