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