Generación de la curva de capacidad para muros en mampostería confinada utilizando el modelo del puntal equivalente

Abstract

Esta investigación se desarrolló una metodología para evaluar el comportamiento de muros de mampostería confinada definida como el modelo del puntal equivalente (MPE). Inicialmente, se desarrolló un modelo numérico discretizado mediante elementos sometidos a fuerza únicamente fuerza axial. Luego, realizando un análisis estático no lineal denominado Pushover Simplificado, se elaboró la curva de capacidad cortante versus distorsión, ejecutando varias rutinas en el software Matlab para facilitar el análisis de diferentes muros de mampostería confinada. Este procedimiento se resumió y ordenó en el programa WALLFORCE X, desarrollado en esta investigación. Con el objetivo de calibrar el modelo del puntal equivalente desarrollado, se retomaron datos experimentales del Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED) correspondientes a un muro representativo de viviendas unifamiliares, así como otros muros con diferentes relaciones de aspecto ensayados por el Instituto de Ingeniería (IINGEN). Además, se estudiaron modelos analíticos para elaborar la curva de capacidad a partir de expresiones teóricas, como el modelo de Flores y Alcocer (2001). Los resultados mostraron diferencias significativas en el desempeño estructural según el método empleado. El método analítico permitió capturar la respuesta en el rango inelástico, evaluando la ductilidad del sistema, aunque se limitó a ciertos puntos específicos. Sin embargo, con el modelo Flores y Alcocer (2001), fue posible definir puntos de control necesarios para desarrollar la rutina del modelo del puntal equivalente. Por otro lado, el método MPE, mediante un modelo elástico, fue sometido a un análisis estático no lineal, proporciono resultados adecuados cuando la relación de aspecto era igual a la unidad. Sin embargo, en otros casos, resultó ser muy conservador en cuanto a la resistencia máxima y la ductilidad, en comparación con los resultados obtenidos mediante modelos experimentales. A pesar de esto, al analizar los esquemas del mecanismo de falla, se observó que simularon de manera adecuada la falla por tensión diagonal registrada al final de los ensayos. Además, el método MPE brindó una mayor cantidad de información sobre el comportamiento del muro durante la transición entre las distintas etapas de carga, lo que permitió una mejor estimación de los resultados en términos de capacidad. En términos generales, se destacó que la configuración del puntal en el método MPE influye no solo en la ductilidad y resistencia, sino también en la progresión del daño en el muro. Este estudio aportó información valiosa sobre la capacidad de los muros de mampostería confinados en zonas sísmicas, resaltando la importancia de ampliar los ensayos con diferentes configuraciones y metodologías de análisis para diversificar las condiciones de evaluación y fortalecer la herramienta para la evaluación de este tipo de estructuras.

This research developed a methodology to evaluate the behavior of confined masonry walls defined as the equivalent strut model (EPM). Initially, a discretized numerical model was developed using elements subjected to axial force only. Then, performing a nonlinear static analysis called Simplified Pushover, the shear capacity versus distortion curve was elaborated by running several routines in Matlab software to facilitate the analysis of different confined masonry walls. This procedure was summarized and sorted in the WALLFORCE X program, developed in this research. In order to calibrate the equivalent strut model developed, experimental data from the National Center for Disaster Prevention (CENAPRED) corresponding to a representative wall of single-family houses were taken, as well as other walls with different aspect ratios tested by the Institute of Engineering (IINGEN). In addition, analytical models were studied to elaborate the capacity curve from theoretical expressions, such as the model of Flores and Alcocer (2001). The results showed significant differences in structural performance depending on the method employed. The analytical method allowed capturing the response in the inelastic range, evaluating the ductility of the system, although it was limited to certain specific points. However, with the Flores and Alcocer (2001) model, it was possible to define control points necessary to develop the equivalent strut model routine. On the other hand, the MPE method, using an elastic model, was subjected to a nonlinear static analysis, providing adequate results when the aspect ratio was equal to unity. However, in other cases, it proved to be very conservative in terms of maximum strength and ductility, compared to the results obtained by experimental models. Despite this, when analyzing the failure mechanism diagrams, it was observed that they adequately simulated the diagonal tension failure recorded at the end of the tests. In addition, the MPE method provided a greater amount of information on the behavior of the wall during the transition between the different loading stages, which allowed a better estimation of the results in terms of capacity. Overall, it was highlighted that the strut configuration in the MPE method influences not only the ductility and strength, but also the damage progression of the wall. This study provided valuable information on the capacity of confined masonry walls in seismic zones, highlighting the importance of expanding the tests with different configurations and analysis methodologies to diversify the evaluation conditions and strengthen the tool for the evaluation of this type of structures.