Estudio paramétrico de la modelación numérica no lineal de muros delgados no planares de concreto reforzado
El uso de los muros de concreto reforzado de pared delgada se ha convertido en tendencia en el sector de la construcción de vivienda. Se ha demostrado tanto experimental como analíticamente que el uso de estos muros en edificios de mediana y gran altura de diseño no aseguran un adecuado comportamien...
- Autores:
-
Londoño Piedrahita, Cristian Camilo
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad de Antioquia
- Repositorio:
- Repositorio UdeA
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:bibliotecadigital.udea.edu.co:10495/47171
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/10495/47171
- Palabra clave:
- Teoría de las estructuras
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Hormigón armado
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Muros no planares de concreto reforzado
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El uso de los muros de concreto reforzado de pared delgada se ha convertido en tendencia en el sector de la construcción de vivienda. Se ha demostrado tanto experimental como analíticamente que el uso de estos muros en edificios de mediana y gran altura de diseño no aseguran un adecuado comportamiento a nivel estructural ante eventos sísmicos. En esta investigación se estudia de forma paramétrica la incidencia de diferentes variables en la modelación no lineal del comportamiento sísmico de un muro delgado de concreto reforzado no planar con características geométricas y mecánicas típicamente encontradas en Colombia. Para ello, se realizará, en primera instancia, una comparación general de las respuestas del muro sometido a carga lateral en su plano principal, reportado en la literatura, con el fin de encontrar la modelación con mejor calibración de los parámetros. Posteriormente, se explicarán diferentes variaciones en las configuraciones de los modelos con el fin de conocer su influencia en diferentes respuestas estructurales. Los modelos numéricos son bi- y tri-dimensionales no lineales en elementos finitos, desarrollados en el programa midas FEA NX (versiones 2016 y 2021) y contrastados con modelos en Vector2. |
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Vélez Cadavid, Juan CarlosLondoño Piedrahita, Cristian CamiloMODESISBonett Díaz, Ricardo LeónBlandón Uribe, Carlos Andrés2025-08-25T19:22:19Z2025Londoño Piedrahita, C. C. (2025). Estudio paramétrico de la modelación numérica no lineal de muros delgados no planares de concreto reforzado [Tesis de maestría]. Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia.https://hdl.handle.net/10495/47171El uso de los muros de concreto reforzado de pared delgada se ha convertido en tendencia en el sector de la construcción de vivienda. Se ha demostrado tanto experimental como analíticamente que el uso de estos muros en edificios de mediana y gran altura de diseño no aseguran un adecuado comportamiento a nivel estructural ante eventos sísmicos. En esta investigación se estudia de forma paramétrica la incidencia de diferentes variables en la modelación no lineal del comportamiento sísmico de un muro delgado de concreto reforzado no planar con características geométricas y mecánicas típicamente encontradas en Colombia. Para ello, se realizará, en primera instancia, una comparación general de las respuestas del muro sometido a carga lateral en su plano principal, reportado en la literatura, con el fin de encontrar la modelación con mejor calibración de los parámetros. Posteriormente, se explicarán diferentes variaciones en las configuraciones de los modelos con el fin de conocer su influencia en diferentes respuestas estructurales. Los modelos numéricos son bi- y tri-dimensionales no lineales en elementos finitos, desarrollados en el programa midas FEA NX (versiones 2016 y 2021) y contrastados con modelos en Vector2.The use of thin Reinforced Concrete (RC) walls has become a trend in the housing construction sector. It has been demonstrated both experimentally and analytically that the use of these walls in medium and high-rise building design heights does not guarantee their adequate behavior at a structural level during seismic events. This research parametrically studies the influence of various variables on the nonlinear modeling of the seismic behavior of a non-planar reinforced concrete thin wall with geometric and mechanical characteristics typically found in Colombia. To achieve this, a general comparison of the wall's responses subjected to lateral loading in its principal plane, as reported in the literature, will be initially conducted. The goal is to identify the modeling with the best calibration of parameters. Subsequently, different variations in the model configurations will be explained to understand their influence on various structural responses. All numeric models use bi- and tri-dimensional nonlinear finite element modeling methodology and are developed using midas FEA NX (versions 2016 and 2021) software and will be compared with Vector2 models.TABLA DE CONTENIDO 1 Resumen del proyecto 13 2 Abstract 13 3 Introducción 13 4 Objetivos del proyecto 18 4.1 Objetivo general 18 4.2 Objetivos específicos 19 5 Marco teórico y estado del arte 19 5.1 Variables que inciden en el comportamiento sísmico de muros de concreto reforzado 19 5.1.1 El confinamiento 19 5.1.2 La cuantía y disposición del refuerzo 20 5.1.3 La carga axial 20 5.1.4 Potencial de inestabilidad lateral 20 5.2 Situación actual de los códigos de diseño frente a los muros delgados de concreto 21 5.3 Influencia de la dirección de la fuerza sísmica en muros no planares 23 5.4 Modelación numérica no lineal de muros de concreto reforzado 24 5.4.1 Modelos de análisis de rótula plástica (PHAs) 25 5.4.2 Modelos de plasticidad distribuida (DPMs) 26 5.4.3 Modelos viga de elementos axiales (BTMs) 26 5.4.4 Modelos de elementos shell (SEMs) 27 5.4.5 Modelos de elementos sólidos (SoEMs) 27 5.4.6 Otras técnicas 28 5.4.7 Comparación de las técnicas 28 5.4.8 Limitaciones en la práctica profesional 29 5.5 Modelación numérica de muros delgados de concreto en investigaciones previas 29 5.6 Elementos finitos más relevantes 31 5.6.1 Elementos axiales (truss) 32 5.6.2 Elementos axiales embebidos (embedded truss) 32 5.6.3 Elementos de esfuerzo plano (plane stress) 33 5.6.4 Elementos volumétricos (solid) 33 5.6.5 Conectores rígidos (rigid links) 34 5.7 Materiales y modelos constitutivos 34 5.7.1 Acero de refuerzo 34 5.7.2 Concreto 35 5.7.3 Métodos de solución de las ecuaciones de equilibrio 41 6 Metodología de trabajo 42 6.1 Etapa 1: Elaboración del modelo numérico de calibración 42 6.2 Etapa 2: Estudio paramétrico de la modelación numérica 42 6.3 Etapa 3: Análisis de los resultados y comparación contra los requisitos de la normativa colombiana 42 7 Descripción del muro no planar modelado y las pruebas realizadas 42 7.1 Selección y caracterización del muro modelado 43 7.2 Pruebas de laboratorio realizadas al muro 46 8 Enfoques de modelación del muro 49 8.1 Estados límites 49 8.2 Tipos de modelos numéricos desarrollados y Capacidad teórica de predecir los estados límites 50 8.2.1 Modelos elaborados en el software VecTor2 51 8.2.2 Modelos elaborados en el software midas FEA NX 53 9 Calibración de los modelos numéricos 58 9.1 Respuesta global ante carga lateral 58 9.2 Patrón de fisuración y agrietamiento 65 9.2.1 Caso en el que la aleta está sometida a compresión (FCC) 68 9.2.2 Caso en el que la aleta está sometida a tracción (FTC) 72 10 Estudio paramétrico de la modelación numérica 77 10.1 Modelo constitutivo de los aceros de refuerzo 78 10.1.1 Uso de refuerzo distribuido (smeared) 80 10.1.2 Diferencia entre el refuerzo modelado explícitamente con elementos axiales normales o embebidos 81 10.1.3 Empleo de la curva de endurecimiento por deformación o un comportamiento elastoplástico del refuerzo con el modelo constitutivo von Mises 82 10.1.4 Captura de la rotura de las barras de refuerzo 83 10.2 Modelo constitutivo del concreto 84 10.2.1 Análisis del comportamiento a compresión 87 10.2.2 Análisis del comportamiento a tracción 89 10.3 Análisis de la curvatura 91 10.4 Historial de esfuerzos de los materiales y el efecto del agrietamiento del concreto 94 10.5 Degradación de la rigidez 96 11 Conclusiones e investigaciones futuras 100 11.1 Al respecto de los modelos constitutivos 100 11.2 Al respecto de la rigidez 100 11.3 Al respecto del uso de determinados elementos finitos 100 11.4 Al respecto de la convergencia 101 11.5 Aspectos por investigar 101 12 Bibliografía 101EstructurasMaestríaMagíster en Ingeniería105 páginasapplication/pdfspaUniversidad de AntioquiaMaestría en IngenieríaFacultad de IngenieríaCampus Medellín - Ciudad Universitariahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAttribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 Internationalhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Estudio paramétrico de la modelación numérica no lineal de muros delgados no planares de concreto reforzadoParametric study of the nonlinear numerical modeling of non-planar thin reinforced concrete wallsTrabajo de grado - Maestríahttp://purl.org/redcol/resource_type/TMTexthttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcceinfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/draftLehman, D., Lowes, L., Pugh, J., & Whitman, Z. 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Antioquiaaplicacionbibliotecadigitalbiblioteca@udea.edu.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