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Evaluación Sismorresistente de Muros de Mampostería Confinada
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Evaluación sismorresistente de muros de mampostería confinada
La construcción con base en muros de mampostería confinada es un sistema estructural
ampliamente empleado para la construcción de viviendas en América Latina, Asia y
Europa. Un muro de mampostería confinada consiste básicamente en un paño de
mampostería rodeado en todo su perímetro por elementos esbeltos de concreto reforzado
vaciados en sitio luego de la construcción del paño.
Dichos paños son usualmente fabricados con ladrillos de arcilla, con bloques huecos de
arcilla o de concreto unidos con mortero de cemento. Los elementos de confinamiento
verticales son usualmente denominados machones y los elementos de confinamiento
horizontales son denominados vigas de corona, siendo las dimensiones de sus secciones
transversales comparables con el espesor del paño de mampostería.
En Venezuela un alto porcentaje de la población emplea la mampostería confinada como
el sistema constructivo para la construcción informal de sus viviendas, contando con poco
o ningún control por parte de las autoridades competentes (véase por ejemplo Bolívar et
al., 1994). La situación planteada se agrava al considerar que una gran cantidad de la
población vive en las zonas de mayor amenaza sísmica del país de acuerdo con la
zonificación de la Norma Venezolana 1756 (Covenin Funvisis, 2001). Por otra parte, el
sector formal de la construcción ha empezado a ver con interés el uso de la mampostería
confinada como una alternativa válida y viable para fabricar viviendas en forma masiva; sin
embargo, no existe en el país una normativa actualizada para este sistema constructivo
puesto que la última es de 1955 (Ministerio de Obras Públicas, 1959), por lo que para su
diseño y construcción se recurre a normativas de otros países latinoamericanos, muchas
veces sin tomar en cuenta la particularidad de los materiales y métodos constructivos
empleados en el país.
El objetivo de este trabajo es evaluar experimentalmente el efecto del número de
elementos de confinamiento verticales, o machones, en el comportamiento
sismorresistente de muros de mampostería confinada (Marinilli, 2004). El trabajo forma
parte de un proyecto de investigación desarrollado desde hace varios años por el Instituto
de Materiales y Modelos Estructurales (IMME), organismo adscrito a la Facultad de
Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela (FI/UCV), con la finalidad de
racionalizar el uso de la mampostería para fines estructurales y sismorresistentes (López
et al., 1985).
Separación de elementos de confinamiento vertical
A continuación se presentan algunos requisitos normativos sobre la separación de los
elementos de confinamiento verticales, o machones, en muros de mampostería confinada.
La norma argentina (INPRES-CIRSOC 103, 1991) indica que se deben colocar machones
en los extremos libres de los muros, en las intersecciones con otros muros y que se deben
colocar machones intermedios para cumplir con las dimensiones y áreas máximas
estipuladas. Las dimensiones máximas de los paños de mampostería dependen de la zona
sísmica en consideración; así para las zonas de mayor amenaza (zonas 3 y 4) se
establece un área máxima de 20m2 y una dimensión máxima de hasta 5m. La distancia
máxima entre ejes de machones no podrá exceder de dos veces la distancia entre ejes de
apoyos horizontales.
La norma chilena (NCh2123, 1997) señala que se deben colocar machones en todos los
bordes libres de los muros, en todas las intersecciones de muros y en el interior de un
paño de mampostería, para que el área máxima del mismo sea 12,5m2 o tenga una
dimensión horizontal máxima de 6m entre ejes de machones sucesivos. La norma
colombiana (NSR, 1998) señala que se deben colocar machones en todos los extremos de
los muros estructurales, en las intersecciones con otros muros estructurales, en lugares
intermedios a distancias no mayores de 35 veces el espesor efectivo del muro, 1,5 veces
la distancia entre elementos horizontales de confinamiento o 4m. La norma mexicana
(NTCM, 2004) indica que se deben colocar machones por lo menos en los extremos de los
muros, en las intersecciones con otros muros y en puntos intermedios de un muro a una
separación no mayor que 1,5 veces la altura del muro ni 4m. La norma peruana (Sencico,
2006) señala que la distancia máxima medida centro a centro entre los machones sea dos
veces la distancia entre los elementos de confinamiento horizontales y no mayor de 5m.
La norma venezolana (Ministerio de Obras Públicas, 1959) indicaba que para
construcciones sismorresistentes se deben colocar machones en todas las intersecciones
de muros y que la distancia entre centros de machones no debía ser superior a 20 veces el
espesor del muro. Es interesante destacar que en Venezuela es usual encontrar
machones separados de 4 a 6m en las construcciones informales de mampostería
confinada. Finalmente, la norma europea (EN 1996-1-1, 2002) indica que deben colocarse
elementos de confinamiento a nivel de cada piso, en los extremos de los muros, en cada
intersección de muros, e indica que se requieren elementos adicionales para asegurar que
el espaciamiento máximo, tanto horizontal como vertical, sea 4m.
Antecedentes
En la literatura técnica especializada puede encontrarse abundante información sobre
ensayos de muros de mampostería confinada sometidos a carga vertical y carga lateral de
tipo sísmico. En la mayoría de los casos los muros estaban compuestos por un paño de
mampostería, dos machones y una viga de corona. Por ejemplo, Hernández y Meli
(Hernández y Meli, 1976) ensayaron en total quince muros a escala natural, ocho
fabricados con tabiques extruidos y siete con bloques de concreto, proponiendo con base
en los resultados obtenidos recomendaciones para análisis, diseño, detallado y
construcción. Gallegos (Gallegos, 1989) presenta los resultados de diversos programas de
ensayo realizados por el autor y por otros investigadores, analizando de manera muy
detallada todos los aspectos que influyen en el comportamiento de la mampostería
confinada. Tomazevic y Klemenc (Tomazevic y Klemenc, 1997a) realizaron seis ensayos
de muros fabricados a escala 1:5 con bloques huecos de concreto, tres de mampostería
confinada y tres de mampostería no reforzada, desarrollando un modelo del
comportamiento carga contra desplazamiento para la mampostería. Por otra parte,
Yoshimura et al. (Yoshimura et al., 2000) ensayaron dieciocho muros fabricados a escala
1:2 con bloques huecos de concreto, considerando variables como la altura de aplicación
de la carga horizontal, la presencia y detallado de refuerzo interno en el paño de
mampostería y el nivel de la carga vertical.
De igual manera, Castilla (Castilla, 1990) presenta un estudio completo del
comportamiento de muros fabricados a escala natural con bloques huecos de arcilla.
Carrillo y Molina (Carrillo y Molina, 1997) presentan un estudio del comportamiento de
muros fabricados a escala 1:2 con ladrillos macizos de arcilla y Castilla (Castilla, 1998)
presenta un estudio completo del comportamiento de muros fabricados a escala natural
con bloques huecos de concreto. En estos ensayos se evaluaron algunos aspectos tales
como el tipo de mampuesto empleado, el efecto de la relación de aspecto (altura/largura) y
la carga vertical sobre el comportamiento de los muros en el marco del proyecto de
investigación desarrollado en el IMME.
Por otra parte, en la literatura se reportan ensayos realizados sobre muros compuestos por
más de dos paños de mampostería confinada pero no contiguos entre sí. Así, por ejemplo,
Alcocer et al. (Alcocer et al., 1994a) ensayaron tres especimenes a escala natural,
compuesto cada uno por dos muros confinados de relaciones de aspecto diferentes,
empleándose en cada especimen una condición de acoplamiento diferente entre ellos. De
igual manera, Alcocer et al. (Alcocer et al., 1994b) ensayaron dos especimenes similares a
los anteriores pero acoplados mediante una viga de concreto reforzado vaciada en sitio.
En este caso cada espécimen ensayado contenía una propuesta diferente de refuerzo de
acero horizontal en los paños de mampostería. Finalmente, Tomazevic y Klemenc
(Tomazevic y Klemenc, 1997b) reportan los resultados de ensayos sobre mesa vibrante
realizados sobre dos modelos a escala 1:5, de tres pisos y dos vanos en cada dirección,
con muros de mampostería confinada en las dos direcciones con aberturas para puertas y
ventanas.
La presencia de más de dos machones en un muro de mampostería confinada puede ser
muy común debido a recomendaciones prácticas de diseño, tales como las indicadas en el
punto anterior; sin embargo, en la literatura se encuentra poca información disponible
sobre la evaluación experimental de muros con estas características. Así, Liu y Yang (Liu y
Yang, 1996) y Liu y Wang (Liu y Wang, 2000) indican que muros de mampostería
confinada con dos o tres machones intermedios muestran un mejor comportamiento que
aquellos que no los poseen; sin embargo, los autores no reportan en ninguno de los dos
casos los resultados experimentales que sustenten dicha aseveración. Más recientemente
San Bartolomé y Quiun (San Bartolomé y Quiun, 2003) ensayaron tres muros fabricados
con ladrillos macizos de arcilla a escala 1:2, compuestos por uno, dos y tres paneles
cuadrados de mampostería, respectivamente.
Evaluación experimental
Descripción de los especímenes ensayados
Se construyeron cuatro muros de mampostería confinada de las mismas dimensiones para
ser ensayados ante carga vertical constante y carga lateral alternante y creciente. El Muro
M1 consistió de un paño de mampostería y dos machones. El Muro M2 consistió de dos
paños de mampostería y tres machones equiespaciados entre sí. El Muro M3 también
consistió de dos paños de mampostería, pero el machón intermedio estaba ubicado a 1/3
de la longitud del muro. Finalmente, el Muro M4 consistió de tres paños de mampostería y
cuatro machones equiespaciados entre sí. La Figura 1 muestra la configuración de los
cuatro muros. La longitud (L), medida centro a centro de los machones exteriores, y la
altura (H) fueron 300cm y 230cm, respectivamente. El espesor nominal de los muros fue
de 15cm, determinado por la anchura nominal de los bloques empleados para su
fabricación.
Procedimiento de ensayo
Los ensayos de los cuatro muros fueron realizados en el Banco Universal de Ensayos del
IMME, la configuración usada en los mismos. Una vez colocado cada espécimen en el
banco, la viga de fundación se fijó a la losa de reacción mediante dos tensores que fueron
pretensados antes de la ejecución del ensayo para anclarlo adecuadamente.
Fuente: www.scielo.org.ve
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