Comportamiento en flexocompresión de columnas y muros estructurales de concreto armado: estado del arte

Abstract

Se compila el resultado de varias investigaciones realizadas en diversas regiones sísmicas del mundo, referidas al comportamiento sísmico en flexocompresión de secciones de columnas y de muros estructurales. Se usa el modelo de pandeo longitudinal de barras de acero, que considera el efecto “Bauschinger” estudiado por Rodríguez, Botero & Villa (1999), profundizado por Ortiz, Rodríguez & Torres (2014) e Iñiguez & Rodríguez (2015). En primer lugar, se presentan las propiedades mecánicas del concreto confinado y no confinado; las propiedades mecánicas de las barras de acero de refuerzo, considerando los parámetros que definen los diagramas esfuerzo-deformación; y las consideraciones para el pandeo del acero de refuerzo longitudinal ante acciones sísmicas. Luego, se presentan los diagramas momento-curvatura de secciones de columnas y de muros estructurales, ya que éstos permiten definir el comportamiento sísmico de dichos elementos estructurales. También se muestra la determinación del cálculo de los momentos máximos probables en columnas y muros estructurales. Para columnas, el enfoque es para secciones circulares y rectangulares; en cambio, para muros se estudian las secciones rectangulares y las secciones de forma compuesta con bordes extremos simétricos. Se especula acerca de la capacidad cortante de columnas cortas versus su capacidad en flexión; con algunos pocos resultados experimentales se muestra que la falla por corte ocurre antes que la falla por flexión. Con la información recopilada y los modelos planteados, se desarrollan ocho ejemplos analíticos de aplicación: una columna de sección cuadrada, un muro estructural de sección rectangular, un muro estructural de sección “T”, una sección circular convencional, una sección circular reforzada externamente con una funda de láminas de acero “roladas” y soldadas, una sección circular reforzada con láminas delgadas de polímero reforzado con fibras (FRP), el análisis del efecto de la resistencia del concreto en el incremento de capacidad de una sección circular convencional, y el reforzamiento con “aletas” de un pórtico de uno y dos niveles. Las secciones se analizan usando diagramas de interacción y diagramas de contorno, con la ayuda “Mathcad”. Todas las sub-rutinas necesarias desarrolladas se presentan adjuntas en la Sección Anexos de esta Tesis. Finalmente –para ilustrar la aplicación de los temas desarrollados-, se analizan y diseñan los elementos estructurales (viga, columna y muro) de un sistema estructural dual, pertenecientes a un edificio de concreto armado, aplicando las normas peruanas E.020 (2006), E.030 (2018) y E.060 (2009). Se comparan los resultados del diseño reglamentario, con los resultados del modelo de pandeo longitudinal. En ese contexto, se concluye que para garantizar una rotulación continua en las zonas críticas de extremos de columnas y/o muros estructurales, el espaciamiento de estribos no debe ser mayor a 5cm, para el caso de barras longitudinales de diámetro superior a 5/8’’.