Estudio del comportamiento inelástico de estructuras en mampostería de muros confinados diseñadas mediante el método de resistencia y el método de esfuerzos de trabajo

Abstract

Esta investigación realizó la comparación entre dos metodologías de diseño de viviendas de mampostería confinada, estipuladas en la normativa colombiana NSR-10: el método de Estado Límite de Resistencia o en inglés conocido como Límit State Design (LSD) y el método de Esfuerzos de Trabajo Admisibles o en inglés conocido como Allowable Stress Design (ASD). Con el fin de determinar las diferencias entre los métodos, se evaluaron aspectos como la ductilidad, la resistencia y la distribución de rigideces en ambas direcciones ortogonales principales, mediante un análisis estático no lineal (Pushover). El estudio se llevó a cabo en Popayán, ciudad que se encuentra ubicada en una zona de alta amenaza sísmica. Teniendo en cuenta las exigencias especificadas en la normativa colombiana para este tipo de zona, la estructura que se analizó corresponde a una vivienda de mampostería confinada de un nivel, con características representativas de las viviendas unifamiliares de la región. Los resultados obtenidos revelan diferencias significativas en el comportamiento estructural según el método empleado. Por un lado, el método LSD mostró una mayor capacidad para incursionar en el rango inelástico, lo que mejora la ductilidad del sistema; mientras que el método ASD, enfocado en el rango elástico, presentó una menor ductilidad, pero logrando mantener niveles de resistencia comparables. Asimismo, se observó que los valores de cortante y derivas varían según la dirección de análisis, siendo la dirección Y la más rígida, debido a la distribución y longitud de los muros principales. Esta comparación entre métodos permitió identificar ventajas y limitaciones en función del comportamiento estructural, destacando que la elección del método influye no solo en la ductilidad y resistencia, sino también en la manera en que se distribuyen las cargas y en la progresión del daño en los elementos. La investigación aportó información clave para el diseño estructural en zonas sísmicas, subrayando la importancia de ampliar los estudios a estructuras más complejas y diversificar las condiciones de análisis para evaluar de manera integral las diferencias entre estos métodos.

This research compares two structural design methodologies for confined masonry houses as outlined in the Colombian seismic code NSR-10: the Limit State Design (LSD) method and the Allowable Stress Design (ASD) method. To evaluate their suitability, parameters such as ductility, resistance, and stiffness distribution in the main orthogonal directions were analyzed using a nonlinear static analysis (Pushover). The study focuses in Popayán, a city located in a high seismic risk zone. In alignment with the NSR-10 requirements for such areas, the structure analyzed corresponds to a one-story confined masonry house, representative of single-family homes in the region. The findings reveal significant differences in structural behavior depending on the design method used. The LSD method demonstrated greater capacity to engage in the inelastic range, enhancing system ductility, whereas the ASD method, focused on the elastic range, exhibited reduced ductility but maintained comparable resistance levels. Additionally, shear force and drift values varied depending on the direction of analysis, with the Y-axis proving more rigid due to the distribution and length of the primary walls. This comparison highlights the strengths and limitations of each method regarding structural behavior, emphasizing that the choice of methodology impacts not only ductility and resistance but also load distribution and damage progression in structural elements. The study provides valuable insights for structural design in seismic zones, underscoring the need for further research on more complex structures and diversified conditions to comprehensively assess these methodologies' applicability.