15.1 INTRODUCCIÓN
El comportamiento de edificaciones con el uso de albañilería es ampliamente estudiado en países de Latinoamérica, esencialmente el comportamiento de la albañilería confinada antes cargas laterales, debido a la gran utilización de este sistema en edificaciones de mediana y baja altura. En el Perú la Norma E-070 (Albañilería) establece el diseño por resistencia con criterio de desempeño, dando resultados óptimos. Sin embargo es necesario realizar estudios de análisis no lineal para establecer mejores parámetros de control y evaluación en su desempeño ante sismos.
En este capítulo se describe el marco teórico de la investigación, que tiene por objetivo relacionar el problema en estudio (vulnerabilidad y riesgo sísmico de las viviendas en albañilería confinada) con teorías y conceptos relacionados con el tema de investigación.
Se explican algunos términos relacionados a los sismos, albañilería confinada, las curvas de capacidad, etc. A la vez se mencionan algunos trabajos de investigación de autores que contribuyeron con el presente trabajo de investigación.
15.2 MARCO TEÓRICO
Albañilería confinada
Las viviendas de albañilería confinada son aquellas que tienen por sistema estructural muros de unidades de arcilla cocida, confinados en todo su perímetro por elementos de concreto vaciados posteriormente a la construcción del muro, y losas aligeradas como diafragma rígido. En su proceso constructivo se crea una conexión dentada entre el muro y las columnas o confinamientos de concreto armado. Este tipo de construcción es muy predominante en el Perú. Es importante seguir la secuencia constructiva indicada para que los confinamientos se adhieran a la albañilería y formen un conjunto que actué de manera integral. Los elementos de concreto armado que rodean al muro sirven principalmente para dar ductilidad el sistema; esto es, para otorgarle capacidad de deformación elástica, incrementando levemente su resistencia por el hecho de que la viga y las columnas de confinamiento son elementos de dimensiones pequeñas y con escaso refuerzo. Adicionalmente, esta especie de pórtico funciona como elemento de arriostre cuando la albañilería se ve sujeta a acciones perpendiculares a su plano [7].
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| Figura 1. Albañilería confinada. |
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| Figura 2. Asentado de ladrillos - Albañilería confinada. |
Comportamiento sísmico de la albañilería confinada
El comportamiento sísmico de un muro de albañilería confinada se puede explicar por la acción compuesta (monolítica) del muro en sí y elementos de confinamiento adyacentes.
Esta acción compuesta existe debido al dentado entre las paredes y las columnas que es una de las características clave de la construcción de albañilería confinada. En ausencia de un dentado, la acción compuesta se puede lograr por medio de refuerzo horizontal en la interface del confinamiento y la albañilería.
La ocurrencia de terremotos en nuestro país ha generado daños importantes en algunas edificaciones de albañilería, especialmente en aquellas construidas sin asistencia técnica.
Cuando el suelo es de baja calidad los daños han sido mayores [8]. Se presenta el desempeño que tuvieron las construcciones de albañilería ante eventos sísmicos ocurridos en el Perú. A la vez se muestran algunos modos de falla más comunes y las posibles causas originadas. También se propone algunas alternativas que permitan mejorar el comportamiento sísmico de la albañilería confinada. La posibilidad de ocurrencia de fallas en este tipo de construcción está presente cuando los elementos de confinamiento
son insuficientes, mal diseñados o mal construidos. Entre los principales defectos observados podemos mencionar.
- Falta de elementos de confinamiento. Se cree que solo basta una columna para confinar
un muro y se ignora que la acción sísmica es de carácter cíclico [8]. La norma 0.70 hace
énfasis en señalar que condiciones a cumplir un muro para considerarse confinado (Figura
2).
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| Figura 2 Ejemplos de falla de muros fuera de su plano por no tener arriostre superior.
Diafragma flexible en el último nivel, muros sin soleras |
- Espaciamiento entre columnas. Cuando ello ocurre la albañilería colapsa ante acciones sísmicas perpendiculares a su plano. Se pierde el efecto de confinamiento en la zona central del muro.
- Escasa densidad de muros en una o en dos direcciones de la vivienda. Debemos recordad que un muro de albañilería presenta rigidez y resistencia solo en su plano (Figura 3).
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| Figura 3 - Escasa densidad de muros |
- Anclaje insuficiente del refuerzo vertical y horizontal. Se produce una reducción en la resistencia a corte-fricción en la unión de viga solera y columna.
- Otros defectos que se cometen en la construcción de muros confinados y que inciden en el comportamiento sísmico son el uso de ladrillos de baja calidad, traslapes, tuberías, etc, (Figura 4).
Curvas de capacidad y fragilidad
Una curva de capacidad representa la resistencia a carga lateral de una estructura, expresada en función del desplazamiento lateral. Normalmente las curvas de capacidad se construyen graficando la fuerza cortante en la base del edificio contra el
desplazamiento en el techo [9].
Para obtener estas curvas de capacidad se realiza un análisis de acciones laterales incrementales, considerando el agrietamiento del concreto y la fluencia del acero.
Conforme aumentan las acciones laterales, la estructura se va degradando y la curva fuerza-desplazamiento se va inclinando debido a la pérdida de rigidez. Este proceso continúa hasta que la estructura está tan deteriorada que alcanza su desplazamiento de colapso o límite (Figura 2.5 y 2.6).
Un lazo histerético de un modelo es la representación gráfica de la relación entre la carga lateral y la deformación asociada a lo largo del ensayo. Definimos como la curva de capacidad del elemento a la envolvente de todos los lazos histeréticos. Estos lazos histeréticos nos permite apreciar la degradación de la rigidez y de la resistencia del elemento y la disipación de la energía que se presenta ante los diversos ciclos de desplazamiento. La degradación de la rigidez lateral se manifiesta por el cambio de pendiente de los lazos de la curva y el deterioro de la resistencia por los menores valores de la fuerza requeridos para llegar a similares niveles de desplazamiento. La distorsión es el cociente entre el desplazamiento medido al nivel de aplicación de la carga lateral y la altura a la que se aplica se le indica en porcentaje.
Las curvas de fragilidad son utilizadas para aproximar el daño por causa de amenazas naturales. Fragilidad significa la probabilidad de alcanzar un estado límite, dado un nivel de amenaza o peligro. Fragilidad es una medida de la vulnerabilidad estructural o un estimado del riesgo estructural general. Se desarrollan curvas de acuerdo a la topología de las estructuras o sea que para cada tipo de estructuras corresponde un juego de curvas de fragilidad Vulnerabilidad y riesgo sísmico En muchos países en desarrollo se construyen las viviendas de manera informal sin control técnico ni profesional. Estas viviendas presentan muchas veces graves problemas de configuración estructural, de proceso constructivo y de ubicación que las hacen vulnerables ante eventos sísmicos [10].
La vulnerabilidad sísmica es el nivel de daño que pueden sufrir las edificaciones realizadas por el hombre durante un sismo. La vulnerabilidad refleja la falta de resistencia de una edificación frente a los sismos y depende de las características del diseño de la edificación, de la calidad de materiales y de la técnica de construcción.
El riesgo sísmico es el grado de pérdidas esperadas que sufren las estructuras durante el lapso de tiempo que permanecen expuestas a la acción sísmica. También, el riesgo sísmico es definido como una función de la vulnerabilidad sísmica y del peligro sísmico, que de forma general se puede expresar como: Riesgo = Peligro x Vulnerabilidad [11].
Las curvas de fragilidad constituyen una herramienta fundamental para la estimación del
riesgo sísmico.
El peligro sísmico (o peligrosidad sísmica) de una región se denomina a la probabilidad de que se produzcan en ella movimientos sísmicos de una cierta importancia en un plazo determinado. No debe confundirse este concepto con el de riesgo sísmico que depende de factores antrópicos y se refiere a los daños potenciales.
15.3 FORMAS DE FALLA
Las fallas que se presentaron en los muretes fueron por tracción diagonal, frágiles, esto
se debe a la buena adherencia entre las unidades y el mortero. Pero 2 de los muretes
tuvieron una falla local por corte es decir la grieta se dio en el contacto con los cabezales de máquina (Figura 3.18).
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Figura 3.18 – MT02 (izquierda) y MT04 (derecha), falla típica de los muretes del ladrillo de arcilla.
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Figura 3.18 – MT02 (izquierda) y MT04 (derecha), falla típica de los muretes del ladrillo de arcilla.
Cabe señalar que también se presentaron fallas por aplastamiento donde se observa concentración de esfuerzo, probablemente debido a la mala colocación (acomodo) de las pilas y los cabezales de la máquina de compresión en los muretes MT01 y MT03 (Figura 3.19).
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| Figura 3.19 – Concentración de esfuerzos en muretes MT01 y MT03 |
15.4 REPARACIÓN DE MUROS
Descripción del espécimen:
Se construyen tres muros a escala natural MR01-MR03 que posteriormente fueron reforzados y se denominaron MR01*-MR03*. Las dimensiones del muro, las características físicas y condiciones de carga son iguales a los muros M01-M03 descritos en el capítulo IV, es decir se emplean los mismos materiales y mano de obra. La
instrumentación, la técnica de ensayo y el estado de carga también son iguales, además sólo se aplica cargas laterales cíclicas sin la influencia de carga vertical. Los muros tuvieron dos etapas de ensayo, primero fueron ensayados hasta un límite de reparabilidad del orden de 1/200 donde se presenta la formación de un patrón estable de agrietamiento diagonal, donde el estado del muro permite repararlo en un tiempo razonable y no hay ningún riesgo de fallo y en una siguiente etapa, luego de aplicado el reforzamiento los muros fueron ensayados nuevamente. La Tabla 7.1 muestra el patrón de falla y el diagrama de histéresis de muros originales.
La Tabla 7.1 muestra que los muros originales tuvieron una falla por fuerza cortante, puesto que así había sido previsto. En referencia a los lazos histeréticos se observa que las curvas tienden a pasar por el sistema de origen en todos los casos. Los muros MR02 y MR03 tuvieron cierta degradación de rigidez en las últimas fases 9 y 10.
7.3.Muros reparados y reforzados
La técnica de reparación consistió en reforzar con varillas de 4.7 mm con cocada de 150 mm cubiertas con una capa de mortero 1:4, dispuestas en forma horizontal y vertical a cada 150 mm en ambas caras del muro.
7.3.1. Cuantía
Para definir la cuantía de acero de refuerzo para los muros, se tomó en consideración lo especificado por la Norma E.070 [6]. Para ellos se tomaron varillas de 4.7 mm de diámetro, con un área de 17.34 mm2.
La fuerza cortante (𝑉𝑚) fue determinada de la siguiente manera:
Donde:
- t : Espesor efectivo del muro (mm).
- L : Longitud total del muro, incluyendo las columnas de confinamiento (mm).
- 𝑣´𝑚 : Resistencia característica de la albañilería al corte obtenido de ensayos de muretes a compresión diagonal (MPa).
- Α : Factor de reducción de resistencia al corte por efectos de esbeltez.
Para hallar el refuerzo de divide la fuerza cortante entre el esfuerzo de fluencia del acero de 420 MPa:
La longitud de acero horizontal y vertical es de 2.25 m para ambos casos, entonces se usaron 16 varillas separadas 150 mm cada una.
Á𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 16 ∗ 2 ∗ 17.34 = 554.9 𝑚𝑚2 > 504 𝑚𝑚2
7.3.2. Procedimiento de reparación y reforzamiento
Luego de ser ensayados los muros MR01-MR03 se procedió a repararlos con el objetivo de recuperar su rigidez inicial y capacidad máxima resistente.
Reparación del muro
Para mayor seguridad, primero se apuntalan los muros con largueros de madera, tal como se muestra en la Figura 7.1.
Lo siguiente es picar al muro a lo largo de las grietas superiores a 0.80 mm existentes en el muro, con el objetivo de retirar las partículas débiles que pudieran existir en estos espacios y rellenarlos posteriormente con mortero. La dosificación del mortero utilizado es de 1:3 un poco más resistente que el que fue usado en la construcción del paño de albañilería. La figura 7.2 muestra este procedimiento.
Se procede a limpiar las superficies de los muros para la correcta adherencia del material a colocar (mortero). Las imágenes muestran el trabajo de limpieza por los técnicos
A continuación se aplica una lechada de cemento en toda la superficie del muro (cara anterior) para luego hacer el pañeteo con mortero de relación 1:4. El espesor del ortero es de 8 mm aproximadamente.
Perforación del muro para colocación de malla de refuerzo
Se muestra el esquema de la distribución de perforaciones para la perforación superficial de la cara del muro para la colocación de la malla de refuerzo. Los puntos rojos indican la ubicación de las perforaciones y los puntos verdes son perforaciones realizadas con el objeto que ajustar la malla al término de su colocación.
15.5 FUENTE
- ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE MUROS DE ALBAÑILERÍA CONFINADA EN VIVIENDAS DE BAJA ALTURA EN LIMA, PERÚ - ING. SONIA ESMERALDA PARI QUISPE - ING. JUAN ALFREDO MANCHEGO MEZA. LIMA 2017 - 123 pg.
- ANALISIS DE COSTOS, DISEÑO SISMORESISTENTE- ESTRUCTURAL COMPARATIVO ENTRE LOS SISTEMAS DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA Y ALBAÑILERIA ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR - ANGEL ERNESTO CACERES CACERES - LUIS ALBERTO ENRIQUEZ RANILLA - AREQUIPA 2017 - 134 pg.
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