Un modelo de cálculo sísmico para pórticos de hormigón armado con muros de mampostería

Abstract

A partir de un exhaustivo estudio del estado del conocimiento, en este trabajo se desarrolla un modelo para el análisis no lineal de estructuras porticadas de hormigón armado con muros de mampostería sometidas a acciones sísmicas. Dicho modelo considera el comportamiento no lineal de los muros debido al daño progresivo que éstos sufren durante una acción sísmica. Sin embargo, puesto que está orientado hacia el diseño sísmico de estructuras, admite la hipótesis de que, una vez dañada completamente la mampostería, el pórtico de hormigón armado sigue teniendo un comportamiento en régimen elástico con inestabilidad elástica en los pilares (pandeo). En este sentido, el modelo desarrollado admite las simplificaciones que realizan las normas existentes de diseño ismorresistente como, por ejemplo, la española NCSE-02, que calculan las fuerzas símicas con base en un análisis dinámico lineal, pero va más allá, considerando el efecto estructural y el comportamiento no lineal de los cerramientos y de la tabiquería. Por esto, permite una mejor descripción del comportamiento de la estructura sometida a acciones sísmicas de diseño siendo, al mismo tiempo, suficientemente simple para asegurar la alta velocidad de resolución del problema sísmico necesaria en la práctica de diseño. El comportamiento de la estructura está influenciado de manera muy significativa por el comportamiento mecánico complejo de los muros de mampostería que depende de un gran número de variables, algunas de las cuales difíciles de controlar y/o cuantificar. La presencia de los muros aumenta la rigidez de la estructura y su resistencia a cargas laterales, produce efectos torsionales importantes, disminuye los periodos naturales de vibración con lo que las acciones sísmicas varían de forma relevante y contribuye a la disipación de la energía que éstas inducen. El efecto de los muros de mampostería se consideran incluyendo barras diagonales equivalentes en el esquema estructural. A pesar de que esta forma de tratar el problema ignora los efectos locales producidos por la mampostería, aproxima bien la rigidez y la resistencia global de la estructura y permite evaluar, de manera eficiente desde un punto de vista computacional, el comportamiento de la estructura con muros de mampostería. Para ello, en este trabajo se ha desarrollado un programa de ordenador que calcula las estructuras con una eficiencia computacional similar a la de los programas de cálculo convencionales que no consideran el efecto de los muros de mampostería y, por supuesto, muy superior a la de los programas de elementos finitos. Las características mecánicas del material compuesto de las barras equivalentes a la mampostería se han definido utilizando conceptos avanzados de mecánica computacional tales como la teoría de homogeneización y considerando la ortotropía. El modelo se ha validado con resultados existentes en la literatura de ensayos experimentales. Finalmente, el trabajo muestra ejemplos calculados con el programa de ordenador desarrollado que ilustran la capacidad del modelo y del programa de ordenador de resolver el problema.