CONCRETO ARMADO II: 11. MURO DE CORTE

11. MURO DE CORTE

11.1 GENERALIDADES

El muro de corte es un elemento que se comporta de una manera muy rígida lo que evita excesivos desplazamientos en su dirección más larga; Se colocan diafragmas porque estos resisten gran parte del cortante por planta. Y como ya se ha dicho evitan desplazamientos excesivos.

La eficiencia de los muros de corte para restringir las deformaciones laterales disminuye con la altura. Se puede controlar mediante una combinación adecuada de muros y pórticos, al combinar los pórticos con los muros, el muro toma una parte importante del cortante en los primeros pisos y el pórtico lo toma en los pisos superiores.

Como se puede ver en los gráficos anteriores tiene mayores ventajas usar sistemas pórtico – muro los cuales ayudan a la estructura a no sufrir grandes deformaciones que podrían exceder su resistencia a la cual fue diseñada.

Debido a que tienen que soportar fuerzas debido a cargas que actúan perpendicular y

paralelamente a sus caras. Su comportamiento puede variar porque pueden estar sometido a cargas en toda su longitud pero si se aplica una fuerza puntual se considera que solo esa porción soporta la fuerza.

11.2 . CLASIFICACION DE LOS MUROS DE CORTE

A. Por su esbeltez

La esbeltez de un muro se cuantifica por la relación K = H / L, llamada relación de esbeltez; cuando esta relación es mayor a 2 el muro se clasifica como largo o esbelto; por el contrario cuando K ≤ 2 el muro se clasifica como corto o bajo.

En los muros esbeltos la resistencia a la flexión controla el comportamiento del muro, mientras que en los bajos el cortante controla las deformaciones de flexión y la resistencia. Los muros esbeltos pueden diseñarse como muros dúctiles para darles buenas características de disipación de energía ante cargas cíclicas reversibles.

B. Forma de sección transversal

Los muros pueden ser de forma rectangulares, sección T, L o U, y otras formas más elaboradas, en algunas ocasiones el muro tiene ensanchamiento en sus extremos los cuales se construyen para permitir el anclaje de vigas transversales, para colocar su refuerzo a flexión.

C. Por su forma en elevación

La mayoría de los muros de corte no sufren cambios en las dimensiones en su elevación, la dimensión que cambia con frecuencia es el espesor, cuando los muros de corte deben tener en su interior ventanas o puertas se les llama muros con aberturas.

10.3 ESTRUCTURAS CON MUROS DE CORTE

a) Ubicación de los muros:

Los muros individuales generalmente actúan como voladizo, en el diseño sismorresistente se esperan deformaciones dentro del rango no lineal lo que exige una buena distribución de los muros en planta del edificio. Si se utilizan pocos muros concentrándolos en lugar de distribuirlos, las demandas de ductilidad pueden resultar excesivas con la consecuente

pérdida de resistencia.

11.4 MUROS ESTRUCTURALES ESBELTOS

a) Tipos de Fallas y Criterios de Diseño.

Estos tienen relación de esbeltez mayor a 2, lo que permite que su mayor fuente de disipación de energía.

Como el área transversal del muro es demasiado grande, tiene alta capacidad para soportar cargas axiales y por consiguiente las cargas que actúan sobre el estarán muy por debajo de la capacidad en condiciones balanceadas, debido a lo anterior se obtiene una adecuada ductilidad si:

Se coloca el refuerzo por flexión en los extremos de los muros.
Se confinan los extremos de muros con estribos con bajas

separaciones, para aumentar así el confinamiento de la albañilería y reducir la posibilidad del pandeo del fuerzo a flexión.

Para que no ocurra una falla por cortante:

El agrietamiento por tensión diagonal no se presente antes que se presente los momentos máximos que puede soportar el muro y que generan la falla por flexión.
Las tensiones máximas de trabajo de los muros a cortante debe mantenerse bajas para evitar las fallas por aplastamiento y deslizamiento del muro.

I. Resistencia a la flexión

Para este tipo de muro que se diseña como los esbeltos se coloca el refuerzo vertical a flexión en las partes extremas de la sección transversal que le da una mayor resistencia y mayor ductilidad.

II. Resistencia al Corte

La resistencia que se agrega es considerable a la que se pued obtener de las vigas con la diferencia es que la altura efectiva de la sección “d” para el caso de muros se toma 0.80L.

El refuerzo debe colocarse en el alma del muro y el refuerzo debe ser de diámetro pequeño y separaciones cortas, para asegurar la resistencia al agrietamiento diagonal del concreto es necesario colocar una cuantía mínima de refuerzo horizontal para acero con fy = 4200 Kg/cm2 la cual será del 25% de la mínima la cual es suficiente para controlar los efectos de temperatura y fraguado.

Para el desplazamiento por cortante en muros esbeltos es menos crítico que el caso de vigas debido a la carga axial que tiene y a la distribución uniforme del refuerzo vertical que ayuda a evitar el agrietamiento horizontal.

TIPOS DE REFUERZO DE MURO

Los muros tienen tres tipos de refuerzo: Longitudinal, vertical y horizontal.
El refuerzo longitudinal, ubicado en los extremos del muro, toma tracción o compresión debido a la flexión, puede incluir el refuerzo de confinamiento y colabora en tomar el corte en la base que tiende a generar deslizamiento.
El refuerzo horizontal toma el corte en el alma y el refuerzo vertical puede tomar carga axial, toma deslizamiento por corte y corte en el alma.

11.5 TIPOS DE FALLA EN EL MURO

De acuerdo con ensayos realizados empleando cargas cíclicas estáticas (entre los 60’s y 80’s por la Asociación de Cementos Pórtland)4, los muros portantes pueden fallar de diversas maneras y se han identificado distintas respuestas en muros de concreto armado. Estas incluyen estados de límite de flexión, tracción diagonal, compresión diagonal (aplastamiento del alma), compresión en los talones y pandeo del refuerzo, corte-deslizamiento y pandeo fuera del plano del muro.

En la siguiente figura se pueden apreciar diversos tipos de falla donde las acciones sobre el muro, (a), generan diversas fallas: (b) flexión, (c) tracción diagonal, (d) corte-deslizamiento y (e) deslizamiento en la base.

La respuesta de los muros puede ser dúctil o frágil. En general, se busca que la falla que se genere en estos muros, a manera de coincidir con el espíritu de la norma sismoresistente, sea controlada por flexión. si gobierna la flexión se forma una rótula plástica en la base, fluye el acero longitudinal, disipa energía debido a la deformación plástica de las barras longitudinales, por lo tanto es muy posible que se requiera confinamiento en el borde para prever la ductilidad requerida al permitir un nivel adecuado de deformación en presión en el concreto.

Cuando la respuesta es frágil los mecanismos de disipación son diferentes, son por deslizamiento en la base y por degradación en el concreto, esto implica menor capacidades de ductilidad pero también menores importantes disminuciones de rigidez y, por lo tanto, para respuestas basadas, en resistencia, importantes reducciones en la demanda.

11.6 PRINCIPALES TIPOS DE FALLA

Respuesta con ductilidad limitada.
Respuesta con alta capacidad de ductilidad

a) DUCTILIDAD

Ductilidad es la habilidad de una estructura, de sus componentes o de sus materiales de sostener, sin fallar, deformaciones que excedan el límite elástico, o que excedan el punto a partir del cual las relaciones esfuerzo vs. deformación ya no son lineales.• Es importante que cuando excedan el límite elástico tengan un recorrido importante en el rango inelástico sin reducir su capacidad resistente.

TIPOS DE DUCTILIDAD

Dependiendo del parámetro usado, existen diferentes definiciones de ductilidad. De curvatura, de rotación, de desplazamiento y de deformación.• Por ejemplo, para que los muros desarrollen ductilidad los extremos deben ser confinados

NECESIDAD DE CONFINAMIENTO

Cabe resaltar que el objetivo del confinamiento es el de dar una capacidad de deformación al muro: ductilidad para disipar energía.

Los muros que no cumplen con los criterios antes mencionados para el desarrollo de ductilidad pero que tienen algún refuerzo en los extremos en la zona de rótula plástica, espaciadas a no mas de 10dh y con dimensiones C $\leq$ 0.20 lw, pueden ser considerados como de ductilidad limitada (2 $\leq$ U⌂ $\leq$ 5); donde C es la distancia al eje neutro.

b) RESPUESTA CON ALTA CAPACIDAD DE DUCTILIDAD (FLEXIÓN)

• El estado Límite que se presenta se inicia con la fluencia del acero longitudinal, cuando la deformación de este alcanza la platea plástica, esto conlleva a que las deformaciones unitarias en la fibra en compresión del concreto llegue a valores de 0.003 o 0.004 y, por lo tanto, la necesidad de confinar sea ineludible.

• Asimismo, los estribos en el confinamiento previenen el posible pandeo de las barras longitudinales.

• En esta situación, la curva esfuerzo-deformación del acero debe de tener una clara platea plástica que permita la aparición de la ductilidad requerida por las solicitaciones de flexión en el muro.

11.7 EDIFICIOS DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA

• Es común que la resistencia a la flexión de estos muros sea tan alta, que es difícil desarrollarla sin que fallen antes por cortante. Este tipos de falla puede aceptarse si la demanda de ductilidad es mucho menor que la requerida para muros esbeltos, a estos muros se le conoce como muros de ductilidad limitada.

• Habitualmente, este tipo de edificios no tienen vigas, las losas se apoyan directamente en los muros. Estas son por lo general macizas y vaciadas por separado de los muros.

• La cimentación se realiza usualmente sobre una platea de cimentación sobre suelo tratado.

• Mayormente se emplea concreto premezclado con un asentamiento de 6” o más debido al espesor de los muros.• La resistencia a compresión mínima comúnmente empleada es de f’c=175kg/cm2, llegándose a incrementar hasta f’c=240kg/cm2 o más, en ciertos casos.

11.8 RESPUESTA CON DUCTILIDAD LIMITADA

Para muros en esta situación, la respuesta estructural puede darse en los• siguientes estados: corte elástico y corte inelástico, súbito o frágil.

• Corte elástico: El corte elástico se desarrolla cuando la demanda de corte es menor a la capacidad de corte en la sección, pero además esta capacidad es menor que el cortante inherente a la capacidad de flexión. En estos casos el aplastamiento de los talones, el deslizamiento en la base y la rotura del acero horizontal y/o vertical es esperado. Sin embargo, si la seguridad ante cargas de gravedad o viento están presentes, esta fractura del acero (que no llega a incursionar en la platea plástica, ya que es cizallado antes) es beneficiosa para el comportamiento sísmico, ya que implica una reducción en la demanda de corte y por lo tanto actúa como un sistema “incorporado” de aislamiento sísmico en la base.

• Corte Inelástico: Corte súbdito o frágil, que implica fallas por tracción en el alma o aplastamiento por corte del alma. En ambas situaciones, son resultados poco deseados. Esto se ha observado cuando se incluyen barras de anclaje dowells, con el fin de evitar la falla por deslizamiento.

11.9 ESPECIFICACIONES SEGÚN EL RNE

11.10 METODO EMPIRICO

• Puede ser empleado si se satisfacen las siguiente condiciones:
• Es de aplicación limitada.

1.- La sección del muro es rectangular y la excentricidad de la carga axial es menor que un sexto de la dimensión del muro, el muro esta sometido íntegramente a compresión.

2.- El espesor del muro es :
h ≥ Menor dimensión del muro/25.
h ≥ 10 cm.

para muros de sótano el espesor mínimo es 20 cm

ROCEDIMIENTO

Si la carga de compresión a la que esta sometido el muro es mayor que la estimada a través de la expresión anterior, entonces es necesario incrementar las dimensiones de la sección o analizarla por el método general de diseño de muros. La estructura deberá ser provista del refuerzo mínimo para controlar el agrietamiento de la estructura (ACI -14-3) definido según como sigue:

El espaciamiento del refuerzo horizontal y vertical no será mayor que tres veces el espesor del muro ni mayor que 45 cm.• El acero vertical no necesita estribos laterales si la cuantía del refuerzo, respecto al área bruta del elemento es menor que 0,01 o si este refuerzo no trabaja a compresión.• En los muros de espesor mayor que 25 cm el refuerzo horizontal y vertical debe distribuirse en dos capas, como se muestra en la figura. Esta recomendación no es válida para los muros de sótano.• Aunque en los muros cuyo espesor es menor que 25 cm no se requiere que el refuerzo se distribuya en dos capas, es conveniente hacerlo para controlar el agrietamiento siempre que el espaciamiento y recubrimiento mínimo lo permitan.