Un muro de corte es un elemento de un sistema de ingeniería estructural 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 esfuerzo cortante del diafragma a los muros de corte y otros elementos verticales del sistema de resistencia a fuerzas sísmicas. Los muros de corte suelen estar hechos de paredes de madera ligeras con armazón o arriostradas revestidas con material resistente al esfuerzo cortante, como madera contrachapada u otros paneles estructuralmente rígidos, hormigón armado , mampostería reforzada o placas de acero.
Si bien la madera contrachapada es el material convencional utilizado en muros de corte de madera, los avances en la tecnología y los métodos de construcción modernos han producido opciones prefabricadas como láminas de acero y paneles de corte con respaldo de acero utilizados para muros estrechos que enmarcan una abertura y que han demostrado proporcionar una resistencia sísmica más fuerte.
En muchas jurisdicciones, el Código Internacional de Construcción y el Código Residencial Internacional rigen el diseño de muros de corte.
Un muro de corte es más rígido en sus ejes principales X e Y que en su eje Z. 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 da como resultado una distribución de tensiones internas complicada. De esta manera, las cargas se transfieren verticalmente a la base 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 arriostramiento diagonal de acero de calibre ligero 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 relacionada con el límite de esbeltez, que es el límite entre los elementos que se clasifican como "esbeltos" o "robustos". Los muros esbeltos son vulnerables a los 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 torsional lateral debido al momento de flexión. 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 posibles condiciones de carga.
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. Dos paneles de muro vecinos pueden considerarse acoplados cuando la interfaz transfiere esfuerzo cortante longitudinal para resistir el modo de deformación. Esta tensión surge siempre que una sección experimenta una tensión de flexión o deformación restringida y su magnitud depende de la rigidez del elemento de acoplamiento. Dependiendo de esta rigidez, el rendimiento de una sección acoplada estará 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 flexional general de manera desproporcionada con respecto a la rigidez de corte, lo que da como resultado una deformación de corte menor.
La ubicación de un muro de corte afecta significativamente la función del edificio, como la ventilación natural y el aprovechamiento de la luz natural. Los requisitos de rendimiento varían para edificios con distintas 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 muros regular con muros transversales entre las habitaciones y muros longitudinales que flanquean un corredor central.
Una estructura de muros de corte en el centro de un edificio grande, que a menudo encierra un hueco de ascensor o escalera, forma un núcleo de corte . En los 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 los servicios comunes, incluidas las escaleras, los ascensores, los baños y los montantes 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 las cargas laterales, es decir, la carga del viento y la carga sísmica, y aumentar significativamente la seguridad del edificio.
Los muros de hormigón reforzados se refuerzan con refuerzos horizontales y verticales (Figura 4). La relación de refuerzo se define como la relación entre el área bruta de hormigón de una sección tomada en sentido ortogonal al refuerzo. Los códigos de construcción definen las cantidades máximas y mínimas de refuerzo, así como los detalles de las barras de acero. Los métodos de construcción habituales para muros de hormigón reforzado in situ incluyen los tradicionales encofrados encofrados, el encofrado deslizante, el encofrado de salto y el encofrado de túnel.
El método tradicional de encofrados en ascensores se debe utilizar cuando el número total de paredes es pequeño o la disposición es irregular. En este método, las paredes se forman piso por piso junto con las columnas. Aunque es lento, esta técnica puede producir una calidad de acabado o textura de primera calidad.
El encofrado deslizante es un método de colocación de hormigón en el que 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 de salto, también conocido como encofrado trepador, es un método de construcción en el que las paredes se vierten en capas discretas. Es un proceso de arranque y parada con juntas diurnas formadas en cada nivel de capa. Al igual que el encofrado deslizante, el encofrado de salto solo es eficiente para estructuras con repetición de la disposición de las paredes. Además, es conveniente para agregar conexiones y extrusiones a nivel del piso debido a las características discretas. Sin embargo, la inclusión de juntas diurnas deja mayores posibilidades de defectos e imperfecciones.
La construcción con encofrado de túneles utiliza un sistema de encofrado para verter losas y muros en una sola operación. Es adecuado para estructuras celulares con repetición regular de elementos horizontales y verticales. La ventaja de este método es que la construcción puede avanzar vertical y horizontalmente al mismo tiempo, lo que aumenta la integridad y la estabilidad de la estructura.
Debido a los requisitos funcionales, el diseñador puede elegir secciones no planas como C, L [ aclaración necesaria ] en lugar de secciones planas como secciones rectangulares o de campana. 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 la estática lineal a la dinámica no lineal, lo que permite una representación más realista del comportamiento global y de los diferentes modos de fallo . Las diferentes técnicas de modelado de muros de corte abarcan desde modelos macro, como elementos viga-columna modificados, hasta modelos micro, como los modelos de elementos finitos 3D. Una técnica de modelado adecuada debería:
A lo largo del tiempo se han desarrollado diferentes modelos, incluidos los macromodelos, los modelos de elementos de línea vertical, los modelos de elementos finitos y los modelos multicapa. Más recientemente, los elementos de vigas-columnas con sección de fibra se han vuelto populares, ya que pueden modelar la mayoría de los modos de respuesta y falla globales de manera adecuada, al tiempo que evitan las sofisticaciones asociadas con los modelos de elementos finitos. [1]