Modelos simples para el análisis de muros de obra de fábrica cargados en su plano

Abstract

El estudio del comportamiento mecánico-resistente de la obra de fábrica, como material de construcción, empleado en diversidad de edificaciones tanto de carácter histórico como actual, ha sido materia de interés relativamente reciente. Lo anterior, si consideramos lo vasto de los trabajos a nivel científico, realizados a otro tipo de materiales de construcción como el hormigón. <br/><br/>Para contribuir en ese campo se ha desarrollado la investigación presentada en esta tesis doctoral, la cual ha estado orientada hacia la búsqueda de métodos simples que permitan de una manera práctica y fácil estimar la carga máxima que pueden soportar los muros en obra de fábrica, sometidos a la acción combinada de cargas verticales de compresión y horizontales de corte. <br/><br/>La primera etapa de la investigación estuvo dedicada a la recopilación y análisis minucioso de la literatura existente y referida al estudio del comportamiento mecánico-resistente de muros en obra de fábrica, bien sea a nivel experimental o analítico. Lo anterior, y tal como se muestra en el documento, no descartó el continuar con la consulta permanente en las diferentes fuentes de información para conocer los avances que, sobre la materia, se han ido presentando a medida que avanzaba el desarrollo de la investigación aquí realizada. Las campañas experimentales seleccionadas, sobre muros en obra de fábrica, fueron utilizadas en las etapas siguientes como fuente de calibración y/o validación en los estudios numéricos realizados. <br/><br/>Posteriormente, se procedió a seleccionar un micromodelo numérico para ser utilizado como herramienta para verificar y/o ajustar las propuestas iniciales de modelos simples. Estos modelos están basados en el método de las bielas y tirantes, el cual utiliza bielas para representar los campos de compresión y tirantes para las tracciones, formando un mecanismo resistente. Se buscaba que el micromodelo numérico permitiese predecir satisfactoriamente la carga última y los mecanismos de rotura observados experimentalmente en las campañas realizadas sobre muros de obra de fábrica disponibles en la literatura. <br/><br/>Los datos disponibles de las campañas experimentales, permitieron validar los micromodelos numéricos utilizados en los dos casos de carga vertical estudiados, compresión y parcial o concentrada. A continuación se realizó un estudio paramétrico para analizar la sensibilidad del comportamiento estructural de muros en obra de fábrica, con el fin de determinar la influencia en la respuesta de diversas variables geométricas y propiedades resistentes. Los resultados del estudio anterior permitieron evaluar la capacidad de los modelos simples para representar, en la respuesta del muro, la influencia de los factores analizados.<br/><br/>Para el caso de carga vertical uniforme se pudo evidenciar que, en general, los modelos simples presentaban un satisfactorio comportamiento en la predicción de la respuesta última de los muros evaluados. El caso de carga vertical parcial o concentrada, requirió la necesidad de modificar las propuestas iniciales de modelos simples para incluir en ellos otros factores que, según los resultados obtenidos, inciden en la respuesta del muro. Esto se realizó utilizando las diferentes distribuciones de las tensiones obtenidas numéricamente y su contrastación con el mecanismo resistente propuesto por los modelos simples. <br/><br/>Como resultado final del desarrollo de la investigación se presentó una propuesta de método simplificado para el análisis de muros simples en obra de fábrica sometidos a estados biaxiales (compresión y corte) de solicitaciones en su plano. <br/><br/>Finalmente, se presentan las conclusiones encontradas en el estudio y se plantean unas líneas de investigación futuras que permitan dar continuidad al trabajo realizado.

The study of the mechanical-resistant behavior of blocky masonry as construction material, used in a variety of historical and current buildings, has been a relatively recent area of interest. This, considering the vastness of the scientific work conducted for other construction materials like concrete.<br/><br/>In order to contribute in this area of knowledge, a research was developed and it is presented in this thesis. It has been oriented towards the search of simple methods that allow in practical way, to estimate the maximum load that can be supported by masonry walls subjected to the combined action of compressive vertical and horizontal shear loads.<br/><br/>The first phase of this research was dedicated to the collection and analysis of the state of the art related to the study of the mechanical-resistant behavior of masonry walls, in either experimental or analytical level. This literature review was continued throughout the whole process of the research. In subsequent stages, results of selected experimental campaigns on masonry walls were used to calibrate and/or validate the performed numerical studies.<br/><br/>Subsequently, a numeric micro-model was selected to be used as a tool to verify and/or adjust the initial proposals of simple models. These simple models are based on the struts and ties method which uses the struts to represent the compressive stress fields and the ties for tension zones, both of them forming a resistant mechanism. The objective was to predict satisfactorily, by means of the numeric micro-model, the ultimate loads and mechanisms of fracture observed in the experimental campaigns on masonry walls reported in the literature.<br/><br/>The available data from experimental campaigns, helped to validate the numerical micromodels that were used in the two cases of vertical load studied, uniform and partial or concentrated loads. Then a parametric study was conducted in order to determine the influence of several variables and geometrical properties on the structural behavior of masonry walls. The results of this study allowed us to evaluate the ability of simple models to represent the<br/>influence of the analyzed factors on the response of the wall.<br/><br/>In the case of uniform vertical load was evident, in general, that simple models presented a satisfactory performance in predicting the ultimate response of the evaluated walls. The case of partial or concentrated vertical load required the modification of the original simple models proposals in order to include other factors that influence the response of the wall according to the numerical results. This modification was done by contrasting different stress distributions stresses obtained numerically with the proposed resistant mechanism of the simple models.<br/><br/>The final result of this research consists on the proposal of a simplified method for the analysis of simple walls in masonry under biaxial states (compressive and shear) of solicitations on its plane.<br/><br/>Finally, the conclusions drawn from the current research are summarized and recommendations for future works are given.