En ingeniería estructural , un muro de corte es un elemento vertical bidimensional de un sistema que está diseñado para resistir fuerzas laterales en el plano , típicamente cargas de viento y sísmicas .
Un muro de corte resiste cargas paralelas al plano del muro. Los colectores, también conocidos como elementos de arrastre , transfieren el corte del diafragma a los muros de corte y otros elementos verticales del sistema resistente a fuerzas sísmicas. Los muros de corte suelen ser muros de madera con marcos livianos o arriostrados con paneles delgados resistentes al corte en la superficie del armazón, o son muros de concreto reforzado , muros de mampostería reforzada o placas de acero.
La madera contrachapada es el material convencional utilizado en los muros de corte de madera, pero con los avances en la tecnología y los métodos de construcción modernos, otras opciones prefabricadas han hecho posible el uso de conjuntos de corte en muros estrechos que caen a ambos lados de una abertura. Se ha demostrado que las láminas de acero y los paneles de corte con respaldo de acero en lugar de madera contrachapada estructural en los muros de corte proporcionan una mayor resistencia sísmica.
Un muro de corte es más rígido en su eje principal que en el otro eje. Se considera una estructura primaria que proporciona una resistencia relativamente rígida a las fuerzas verticales y horizontales que actúan en su plano. Bajo esta condición de carga combinada, un muro de corte desarrolla deformaciones axiales, de corte, de torsión y de flexión compatibles, lo que resulta en una complicada distribución de tensiones internas. De esta manera, las cargas se transmiten verticalmente a los cimientos del edificio. Por lo tanto, existen cuatro mecanismos críticos de falla; como se muestra en la Figura 1. Los factores que determinan el mecanismo de falla incluyen geometría, carga, propiedades del material, restricción y construcción. Los muros de corte también se pueden construir utilizando miembros de refuerzo diagonales de acero de calibre liviano atados a puntos colectores y de anclaje.
La relación de esbeltez de un muro se define como una función de la altura efectiva dividida por el espesor efectivo o el radio de giro de la sección del muro. Está muy relacionado con el límite de esbeltez, que es el límite entre los elementos que se clasifican como "delgados" o "rechonchos". Los muros delgados son vulnerables a modos de falla por pandeo, incluido el pandeo en el plano de Euler debido a la compresión axial, el pandeo fuera del plano de Euler debido a la compresión axial y el pandeo lateral por torsión debido al momento flector. En el proceso de diseño, los ingenieros estructurales deben considerar todos estos modos de falla para garantizar que el diseño del muro sea seguro bajo varios tipos de condiciones de carga posibles.
En los sistemas estructurales reales, los muros de corte pueden funcionar como un sistema acoplado en lugar de muros aislados dependiendo de sus disposiciones y conexiones. Se pueden considerar dos paneles de pared vecinos acoplados cuando la interfaz transfiere cortante longitudinal para resistir el modo de deformación. Esta tensión surge siempre que una sección experimenta una tensión de flexión o de alabeo restringida y su magnitud depende de la rigidez del elemento de acoplamiento. Dependiendo de esta rigidez, el rendimiento de una sección acoplada caerá entre el de un elemento uniforme ideal de sección transversal en planta bruta similar y el rendimiento combinado de las partes componentes independientes. Otra ventaja del acoplamiento es que mejora la rigidez general a la flexión desproporcionadamente con respecto a la rigidez al corte, lo que resulta en una deformación por corte más pequeña.
La ubicación de un muro de corte afecta significativamente la función del edificio, como la ventilación natural y el rendimiento de la iluminación natural. Los requisitos de desempeño varían para edificios con diferentes funciones.
Los edificios de hoteles o dormitorios requieren muchas particiones, lo que permite la inserción de muros de corte. En estas estructuras, se prefiere la construcción celular tradicional (Figura 2) y se utiliza una disposición de pared regular con paredes transversales entre las habitaciones y paredes espinales longitudinales que flanquean un corredor central.
Una estructura de muros de corte en el centro de un edificio grande, que a menudo encierra el hueco de un ascensor o una escalera, forma un núcleo de corte . En edificios comerciales de varios pisos, los muros de corte forman al menos un núcleo (Figura 3). Desde la perspectiva de los servicios del edificio, el núcleo de corte alberga servicios comunitarios que incluyen escaleras, ascensores, baños y contrahuellas de servicio. Los requisitos de capacidad de servicio del edificio requieren una disposición adecuada de un núcleo de corte. Desde el punto de vista estructural, un núcleo de corte podría fortalecer la resistencia del edificio a cargas laterales, es decir, cargas de viento y cargas sísmicas, y aumentar significativamente la seguridad del edificio.
Los muros de corte de hormigón se refuerzan con refuerzo tanto horizontal como vertical (Figura 4). Una relación de refuerzo se define como la relación del área bruta de hormigón para una sección tomada ortogonal al refuerzo. Los códigos de prácticas de construcción definen cantidades máximas y mínimas de refuerzo, así como los detalles de las barras de acero. Los métodos de construcción comunes para muros de hormigón armado in situ incluyen ascensores con contraventanas tradicionales, encofrados deslizantes, encofrados de salto y encofrados de túneles.
El método tradicional de ascensores con contraventanas se debe utilizar cuando el número total de paredes es pequeño o la disposición es irregular. En este método, las paredes se forman un piso a la vez junto con las columnas. Aunque es lenta, esta técnica puede producir una calidad o textura de acabado superior.
El encofrado deslizante es un método de colocación de hormigón mediante el cual se utiliza un encofrado móvil para crear una extrusión de pared continua. Este método es muy eficaz para estructuras adecuadas, como sistemas de paredes con bridas y núcleos. Se puede lograr un espesor de pared muy preciso pero la superficie es rugosa debido a la abrasión del encofrado en las paredes.
El encofrado por salto, también conocido como encofrado por escalada, es un método de construcción mediante el cual las paredes se moldean en ascensores discretos. Es un proceso de parada y arranque con juntas diurnas formadas en cada nivel de elevación. De manera similar al conformado deslizante, el conformado por salto solo es eficiente para estructuras con repetición de disposición de paredes. Además, es conveniente para agregar conexiones y extrusiones al nivel del piso debido a sus características discretas. Sin embargo, la inclusión de juntas diurnas deja mayores posibilidades de defectos e imperfecciones.
La construcción de encofrados de túneles utiliza un sistema de encofrado para vaciar losas y muros en una sola operación de vertido. Es adecuado para estructuras celulares con repetición regular de miembros tanto horizontales como verticales. La ventaja de este método es que la construcción puede avanzar vertical y horizontalmente al mismo tiempo, aumentando así la integridad y estabilidad de la estructura.
Debido a los requisitos funcionales, el diseñador puede elegir secciones no planas como C, L [ se necesita aclaración ] en lugar de secciones planas como secciones rectangulares o de campana de barra. Las secciones no planas requieren análisis 3D y son un área de investigación.
Las técnicas de modelado se han actualizado progresivamente durante las últimas dos décadas, pasando de estático lineal a dinámico no lineal, lo que permite una representación más realista del comportamiento global y diferentes modos de falla . Las diferentes técnicas de modelado de muros de corte abarcan desde macromodelos, como elementos viga-columna modificados, hasta micromodelos, como modelos 3D de elementos finitos. Una técnica de modelado adecuada debería:
A lo largo del tiempo se han desarrollado diferentes modelos, incluidos macromodelos, modelos de elementos de líneas verticales, modelos de elementos finitos y modelos multicapa. Más recientemente, los elementos de columnas de vigas de sección de fibra se han vuelto populares, ya que pueden modelar adecuadamente la mayoría de los modos de respuesta y falla globales, evitando al mismo tiempo las sofisticaciones asociadas con los modelos de elementos finitos. [1]