informe suelo cemento

7/29/2019 Informe Suelo Cemento

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PROYECTO DE COOPERACIN TCNICA

Mejoramiento de la Tecnologa para la Construccin y Difusin de laVivienda Popular Sismo-resistente.

Informe de resultados

MAMPOSTERA DE SUELO CEMENTO CONFINADA

PorIng. Patricia Mndez de Hasbun (1)

Msc. Manuel Gutirrez (2)Msc. Emilio Ventura (3)Msc. Carlos Escobar(4)

Ing. Nelson Ayala (5)Ing. Anibal Ortz (4)

Ing. Roberto Merlos (5)Dr. Manuel Lpez (4)

(1)Profesora y Coordinadora de Investigacin(2) Profesor y Coordinador de Investigadores UES(3) Profesor y Coordinador de Investigadores UCA(4) Profesor e Investigador UES(5) Profesor e Investigador UCA


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RESUMEN

La mampostera de ladrillos de arcilla cocidos confinados por elementos de concreto ha sido

empleada en El Salvador ampliamente y es conocida localmente como sistema mixto. La fciladquisicin de los componentes, el proceso de produccin y construccin de fcil ejecucin, suresistencia ante cargas y su relativo bajo costo la han hecho uno de los sistemas constructivosque ms ampliamente se han usado; prueba de ello es el gran nmero de viviendas que han sido,y son, erigidas usando tal prctica. Sin embargo, este tipo de mampostera presenta desventajas,entre las cuales, la ms notoria es que para la hechura de los ladrillos se necesitan grandescantidades de lea, lo que depreda el medio ambiente, y lo contamina, cuando sta es quemadapara el producir el proceso de cristalizacin de los ladrillos.

Una alternativa que se ha presentado para aprovechar las ventajas de la mampostera confinadasin perjudicar al ambiente es el utilizar ladrillos hechos de una combinacin de suelo y cemento,

lo que presenta la ventaja que fragua como un elemento de mortero sin necesidad de sersometido a altas temperaturas. Una buena parte de las investigaciones desarrolladas localmenteen los ltimos aos se han enfocado en los ladrillos de suelo-cemento, tanto en los fabricadosmanualmente, como en los fabricados con mquinas vibratorias. Estas investigaciones se hancentrado principalmente en el estudio de la unidad, pero hasta la fecha no se haba estudiadoexperimentalmente el comportamiento de la mampostera confinada con modelos a escalanatural.

Considerando lo anterior la investigacin realizada se enfoc en dos etapas:

La primera etapa, donde se estudi la unidad, considerando los componentes del suelo y

la relacin cemento-suelo ptima para obtener ladrillos fabricados manualmente, conadecuadas propiedades fsicas y mecnicas; y La segunda etapa, en la que se investig experimentalmente la mampostera de ladrillo de

suelo cemento confinado, a travs del ensayo de paredes a escala natural con el fin deconocer su resistencia y desempeo ante cargas paralelas y perpendiculares a su plano, ycalibrar cuando fue posible, modelos analticos para determinar su resistencia y rigidez.

La primera etapa se desarroll de octubre de 2006 a marzo de 2007, los resultados obtenidosfueron presentados en un informe llamado Propuesta de dosificaciones y seleccin de ladrillopara la investigacin de paredes que se encuentra incluido al final del presente documento.

Los resultados de la segunda etapa se presentan en este informe que consta de siete captulos, enel primero de ellos se presenta una introduccin que incluye los antecedentes y objetivos de lainvestigacin; el segundo contiene el programa experimental de las paredes; el tercero y el cuartose dedicaron a describir el comportamiento general y detallado de los modelos ensayados,respectivamente; el quinto trata sobre el anlisis de los resultados obtenidos; el sexto comprendeel clculo de la demanda ssmica a la que estaran sometidos los modelos considerando lasismicidad del pas y comparndola con la capacidad medida experimentalmente; y finalmente elsptimo dedicado a la conclusiones y recomendaciones donde se incluyen propuestas paraprximas investigaciones.


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ii Mampostera de suelo cemento confinada


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AGRADECIMIENTOS

Antes que nada, se agradece a la Agencia Internacional de Cooperacin Japonesa (JICA), porhaber depositado su confianza en nosotros, los investigadores, para la ejecucin del proyectoMejoramiento de la tecnologa para la construccin y difusin de la vivienda popularsismorresistente, as como su apoyo y acompaamiento en las diferentes etapas de lainvestigacin.

Al Viceministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano (VMVDU), Universidad CentroamericanaJos Simen Caas (UCA), Universidad de El Salvador (UES) y Fundacin Salvadorea deDesarrollo y Vivienda Mnima (FUNDASAL), por seleccionarnos y habernos permitido ser

partes de este esfuerzo y respaldarnos en las actividades ejecutadas.

Al Centro Nacional de Prevencin de Desastres (CENAPRED) por permitir que susinvestigadores transmitan sus experiencias y conocimientos apoyando el desarrollo de nuevaspotencialidades en El Salvador, y muy en especial a los investigadores mexicanos, quienes noshan acompaado y transmitido su saber de manera desinteresada.

A los distintos expertos japoneses que han colaborado a lo largo del proyecto, conconocimientos, recomendaciones y equipo.

Asimismo, sinceros agradecimientos a Don Jorge Barreiro por su asistencia a nuestras

necesidades, as como a Zulma de Valle y Melvin Morales, del Laboratorio de EstructurasGrandes por su colaboracin en la utilizacin del equipo de fotogrfico, de cmputo eimpresiones.

Reconocemos la labor de los compaeros de los Laboratorios de Ingeniera Civil de la UCA,por su colaboracin desinteresada en los ensayos realizados a los materiales y prismas, quienessin ser parte activa del proyecto, siempre brindaron su tiempo, esfuerzo y conocimientos.

Finalmente, deseamos agradecer a todos aqullas colaboradores que dieron su aporte en distintasetapas de la investigacin, Carlos Rivas, Evelio Lpez, Edilberto Hernndez, Nicols Guevara,Germn Daz, Oscar Luna, Mnica Gutirrez, Adolfo Ramos, William Guzmn, Rafael Zepeda,

Manuel Lpez, Marvin Martnez, David Arvalo y Ronald Garca.


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INDICE

RESUMEN ....................................................................................... I

AGRADECIMIENTOS................................................................. III

1. INTRODUCCIN....................................................................... 1

1.1 Antecedentes de la mampostera confinada.............................................................................................1

1.1.1 Ladrillo de suelo cemento. ............ .............. ............. ............. ............. ............. .............. ............ 2

1.1.2 Mampostera de suelo cemento confinada. ................... ............. .............. ............. ............. ........ 3

1.2 Caractersticas de la mampostera confinada segn las normas de vivienda de El Salvador............ 4

1.3 Comportamiento de la mampostera confinada. ..................................................................................... 5

1.4 Objetivos de la investigacin......................................................................................................................8

2. PROGRAMA EXPERIMENTAL EN PAREDES ................... 13

2.1 Introduccin................................................................................................................................................13

2.2 Programa de ensayos..................................................................................................................................15

2.3 Descripcin de los modelos......................................................................................................................16

2.3.1 Geometra de las paredes............ ............. .............. ............. ............. ............. ............. ............. 17

2.3.2 Armado de los especimenes......... ............. .............. ............. ............. ............. ............. ............. 18

2.3.3 Materiales y prismas........ ............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. .......... 20

2.4 Resistencia terica de las paredes.............................................................................................................36

2.4.1 Resistencia a flexin. .................... .............. ............. ............. ............. ............. .............. .......... 36

2.4.2 Resistencia a cortante. ............ ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .... 36


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vi Mampostera de suelo cemento confinada

2.5 Construccin de los modelos................................................................................................................... 40

2.6 Instrumentacin interna y externa........................................................................................................... 42

2.6.1 Instrumentacin interna de especimenes con carga lateral en el plano. ............ ............. .......... 42

2.6.2 Instrumentacin externa de especimenes con carga lateral en el plano.... ............. ............. ...... 44

2.6.3 Instrumentacin interna de espcimen con carga fuera de su plano. ............ .............. ............. . 46

2.6.4 Instrumentacin externa de espcimen con carga fuera de su plano................ ............. ............ 47

2.7 Dispositivos de aplicacin de carga. ....................................................................................................... 48

2.7.1 Dispositivos de aplicacin de carga paralela al plano de la pared.................. ............. ............ 48

2.7.2 Dispositivos de aplicacin de cargas perpendiculares al plano de la pared. .................. .......... 50

2.8 Historia proyectada de carga y distorsin de los modelos. ................................................................. 53

3. COMPORTAMIENTO DE LOS MODELOS..........................55

3.1 Definicin de parmetros......................................................................................................................... 55

3.1.1 Relaciones carga-desplazamiento. ............ ............. ............. ............. .............. ............. ............ 55

3.1.2 Histresis y distorsin............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. ... 55

3.1.3 Rotacin y curvatura. ................. .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............ 56

3.1.4 Componentes de la distorsin. ................................................................................................ 57

3.2 Espcimen SPM. ........................................................................................................................................ 61

3.2.1 Historia real de carga y distorsin.............. ............. ............. .............. ............. ............. .......... 61

3.2.2 Evolucin del dao............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ........ 62

3.2.3 Estado final del dao. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. ... 64

3.2.4 Comportamiento histertico.................................................................................................... 65

3.2.5 Rotacin y curvatura. ................. .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............ 66

3.2.6 Deformacin angular....................... ............. ............. .............. ............. ............. ............. ........ 67

3.3 Espcimen SPC. ......................................................................................................................................... 68

3.3.1 Historia real de carga y distorsin.............. ............. ............. .............. ............. ............. .......... 68

3.3.2 Evolucin del dao............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ........ 69

3.3.3 Estado final del dao. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. ... 72

3.3.4 Comportamiento histertico.................................................................................................... 72

3.3.5 Rotaciones y curvaturas...... ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ........ 74

3.3.6 Deformacin angular....................... ............. ............. .............. ............. ............. ............. ........ 75


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Indice de figuras vii

3.4 Espcimen SPCI.........................................................................................................................................77

3.4.1 Historia real de carga y distorsin. ............. ............. ............. ............. ............. .............. .......... 77

3.4.2 Evolucin del dao. ............. .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ...... 78

3.4.3 Estado final del dao. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .... 81

3.4.4 Comportamiento histertico. .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ...... 81

3.4.5 Rotaciones y curvaturas. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. ............. 83

3.4.6 Deformaciones angulares................. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ........ 84

3.5 Espcimen SPP...........................................................................................................................................86

3.5.1 Historial real de carga y deformacin. ............ ............. ............. .............. ............. ............. ...... 86

3.5.2 Evolucin del dao. ............. .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ...... 87

3.5.3 Estado final del dao. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .... 94

3.5.4 Comportamiento histertico. .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ...... 99

3.6 Resumen del comportamiento general..................................................................................................100

4. COMPORTAMIENTO DETALLADO...................................103

4.1 Introduccin..............................................................................................................................................103

4.2 Consideraciones del anlisis de los deformmetros.............................................................................103

4.3 Espcimen SPM........................................................................................................................................1044.3.1 Fluencia del refuerzo de nervios y soleras. ............. ............. ............. ............. ............. ........... 104

4.3.2 Anchura de grietas.................. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .. 106

4.4 Espcimen SPC.........................................................................................................................................106

4.4.1 Fluencia del refuerzo de nervios y soleras. ............. ............. ............. ............. ............. ........... 106


4.5 Espcimen SPCI.......................................................................................................................................109

4.5.1 Fluencia del refuerzo de nervios y soleras. ............. ............. ............. ............. ............. ........... 1094.5.2 Anchura de grietas.................. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .. 113

4.6 Espcimen SPP.........................................................................................................................................113

4.6.1 Fluencia del refuerzo de nervios, soleras y mojinete. ............. ............. ............. .............. ........ 115



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viii Mampostera de suelo cemento confinada

5. ANLISIS DE RESULTADOS................................................ 129

5.1 Resistencia................................................................................................................................................. 129

5.1.1 Envolventes de respuesta. .............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ........ 129

5.1.2 Estimacin de la resistencia a carga lateral. ............ ............. .............. ............. ............. ........ 136

5.1.3 Estimacin de resistencia a carga fuera del plano.... ............. .............. ............. ............. ........ 138

5.2 Rigidez. ...................................................................................................................................................... 148

5.2.1 Rigidez elstica.............. ............. .............. ............. ............. ............. .............. ............. .......... 148

5.2.2 Degradacin de rigidez............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. ............ 154

5.3 Disipacin de energa. ............................................................................................................................. 159

5.3.1 Energa disipada. ............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ........ 159

5.3.2 Componentes de energa disipada......................................................................................... 1615.3.3 Amortiguamiento viscoso equivalente....................... ............. .............. ............. ............. ........ 163

5.4 Capacidad de deformacin. .................................................................................................................... 166

5.4.1 Pared SPM.............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .... 166

5.4.2 Pared SPC............... ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .... 166

5.4.3 Pared SPCI. ............ ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .... 167

5.4.4 Pared SPP.... ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. . 168

5.4.5 Comparacin de la capacidad de deformacin de los modelos ensayados............... .............. . 169

6. DEMANDA SSMICA. ............................................................. 171

6.1 Introduccin. ............................................................................................................................................ 171

6.1.1 Alcances.. .............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ...... 171

6.1.2 Objetivos. .............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ...... 171

6.2 Modelos de linealizacin de curvas de capacidad. .............................................................................. 171

6.2.1 Modelo bilineal elasto-plstico (BEP).. .............. ............. ............. ............. ............. .............. . 172

6.2.2 Modelo trilineal con degradacin post-fluencia (TCDPF). ............. ............. .............. ............ 173

6.2.3 Modelo trilineal sin degradacin post-fluencia (TSDPF).............. ............. ............. .............. . 173

6.3 Linealizacin de las curvas de capacidad..............................................................................................174

6.3.1 Modelo SPM.............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. . 174


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Indice de figuras ix

6.3.2 Modelo SPC....................... .............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ...... 176

6.3.3 Modelo SPCI. ............ ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .. 178

6.3.4 Modelo SPP............ .............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. .... 179

6.3.5 Resumen. ............ ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. .............. ........ 181

6.4 Demanda ssmica......................................................................................................................................181

6.4.1 Introduccin. ............. ............. ............. ............. ............. .............. ............. ............. ............. .. 181

6.4.2 Sistema equivalente de un grado de libertad........... ............. ............. ............. ............. ........... 184

6.4.3 Sistema elstico lineal................. ............. .............. ............. ............. ............. ............. ........... 188

6.4.4 Ductilidad...................... ............. ............. .............. ............. ............. ............. ............. ........... 194

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES......................197

7.1 Conclusiones. ............................................................................................................................................197

7.1.1 Ladrillo de suelo cemento. ............ .............. ............. ............. ............. ............. .............. ........ 197

7.1.2 Mampostera de suelo cemento confinada. ................... ............. .............. ............. ............. .... 198

7.2 Recomendaciones.....................................................................................................................................201

7.2.1 Ladrillo de suelo cemento. ............ .............. ............. ............. ............. ............. .............. ........ 201

7.2.2 Paredes de mampostera de suelo cemento confinado..... .............. ............. ............. ............. .. 201

BIBLIOGRAFA........................................................................... 203

DOCUMENTO ADJUNTO

PRIMERA ETAPA: Propuesta de dosificaciones y seleccin de ladrillo para lainvestigacin de paredes.


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INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Modelo Bilineal propuesto por Tomazevic......................................................................................... 7

Figura 1.2 Modelo Trilineal propuesto por Tomazevic. .....................................................................................8

Figura 1.3 Mapa de investigacin de la mampostera de suelo cemento confinada ......................................10

Figura 1.4 Fotos de daos ocasionados por el terremoto 13 de enero de 2001.............................................11

Figura 2.1 Modos de falla de paredes con carga paralela a su plano. ................................................................13

Figura 2.2 Modo de falla en pared aislada sometida a cargas perpendiculares a su plano.............................14

Figura 2.3 Modos de falla en paredes cargadas perpendicularmente a su plano. ............................................15

Figura 2.4 Detalle de viga de cimentacin.............................................................................................................16

Figura 2.5 Geometra de paredes ensayadas con carga paralela a su plano......................................................17

Figura 2.6 Pared SPP, (a) isomtrico, (b) Foto despus de finalizada su construccin. ................................18

Figura 2.7 Seccin transversal de nervios y soleras..............................................................................................19

Figura 2.8 Armado de nervios y soleras de paredes ensayadas con carga paralela al plano. .........................19

Figura 2.9 Acero de refuerzo longitudinal de la pared ensayada con carga perpendicular a su plano.........20

Figura 2.10 Banco de tierra Blanca, ubicado en Santo Toms, San Salvador.................................................23

Figura 2.11 Proceso de manufactura de ladrillos de suelo cemento..................................................................23

Figura 2.12 Tipo de falla observada en ladrillos ensayados a compresin.......................................................24

Figura 2.13 Tipo de falla de ladrillos ensayados a flexin...................................................................................25

Figura 2.14 Prismas de compresin simple...........................................................................................................29

Figura 2.15 Instrumentacin de prismas a compresin simple..........................................................................29

Figura 2.16 Prismas de compresin diagonal........................................................................................................30

Figura 2.17 Instrumentacin de prismas a compresin diagonal. .....................................................................31


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xii Mampostera de suelo cemento confinada

Figura 2.18 Distintos tipos de fallas observadas en ensayos de prismas a compresin diagonal................. 31

Figura 2.19 Prismas de adherencia por corte........................................................................................................ 33

Figura 2.20 Prismas de adherencia ......................................................................................................................... 33

Figura 2.21 Resultados del ensayo de adherencia por corte............................................................................... 34

Figura 2.22 Ensayo de adherencia por flexin. .................................................................................................... 34

Figura 2.23 Resultados del ensayo de adherencia por flexin. .......................................................................... 35

Figura 2.24 Proceso constructivo de los modelos de pared ensayados............................................................ 41

Figura 2.25 Instrumentacin interna de especimenes SPM y SPC. .................................................................. 43

Figura 2.26 Instrumentacin interna de espcimen SPCI. ................................................................................. 44

Figura 2.27 Instrumentacin externa de espcimen SPM. ................................................................................. 45

Figura 2.28 Instrumentacin externa de espcimen SPC y SPCI...................................................................... 45

Figura 2.29 Instrumentacin interna de espcimen SPP. ................................................................................... 46

Figura 2.30 Instrumentacin interna de solera y mojinete en pared central modelo SPP. ........................... 46

Figura 2.31 Instrumentacin interna de paredes laterales modelo SPP. .......................................................... 47

Figura 2.32 Instrumentacin externa de pared central modelo SPP. ............................................................... 47

Figura 2.33 Instrumentacin externa de paredes laterales modelo SPP........................................................... 48

Figura 2.34 Pistn hidrulico para aplicacin de carga. ...................................................................................... 48

Figura 2.35 Bombas utilizadas en los ensayos. ..................................................................................................... 49

Figura 2.36 Celda de medicin de carga utilizada. ............................................................................................... 49

Figura 2.37 Elevacin del marco de carga en los ensayos con carga paralela al plano. ................................. 50

Figura 2.38 Pistn hidrulico de 5 toneladas de capacidad................................................................................ 50

Figura 2.39. Bomba manual de una va. ................................................................................................................ 51

Figura 2.40. Zonas de aplicacin de carga perpendicular en modelo SPP. ..................................................... 51

Figura 2.41 Elevacin de marco de carga del modelo SPP................................................................................ 52

Figura 2.42 Planta de marco de carga del modelo SPP....................................................................................... 52


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Indice de figuras xiii

Figura 2.43 Historia proyectada de carga-distorsin del modelo SPM............................................................53

Figura 2.44 Historia proyectada de carga y distorsin del modelo SPC..........................................................53

Figura 2.45 Historia proyectada de carga y distorsin del modelo SPCI........................................................54

Figura 2.46 Historia proyectada de carga y distorsin del modelo SPP..........................................................54

Figura 3.1 Ilustracin del parmetro distorsin....................................................................................................56

Figura 3.2 Transductores utilizados para el clculo de la rotacin de la mampostera...................................57

Figura 3.3 Transductores utilizados para el clculo de la rotacin de la pared como cuerpo rgido. ..........57

Figura 3.4 Componentes de la distorsin.. ............................................................................................................59

Figura 3.5 Deformacin angular de una pared sometida a carga lateral. ..........................................................60

Figura 3.6 Historia real de carga aplicada al modelo SPM..................................................................................61

Figura 3.7 Historia real de distorsin presentada por el modelo SPM. ............................................................61

Figura 3.8 Estado del modelo SPM con carga de 2.94ton..................................................................................62

Figura 3.9 Estado del modelo SPM con carga de 6.53 ton.................................................................................63

Figura 3.10 Estado del modelo SPM con carga mxima de 7.78 ton. ..............................................................63

Figura 3.11 Estado del modelo SPM con carga de ltima aplicada de 6.64 ton..............................................63

Figura 3.12 Estado final del modelo SPM.............................................................................................................64

Figura 3.13 Carga-distorsin del modelo SPM.....................................................................................................65

Figura 3.14 Esfuerzo cortante-distorsin del modelo SPM. ..............................................................................65

Figura 3.15 Carga lateral-rotacin del modelo SPM...........................................................................................66

Figura 3.16 Carga lateral-curvatura del modelo SPM. .........................................................................................67

Figura 3.17 Carga lateral-deformacin angular del modelo SPM. .....................................................................67

Figura 3.18 Historia real de carga del espcimen SPC.........................................................................................68

Figura 3.19 Historia real de distorsin del espcimen SPC. ...............................................................................69

Figura 3.20 Estado del modelo SPC con primer agrietamiento, carga de 1.42 ton.......................................69


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xiv Mampostera de suelo cemento confinada

Figura 3.21 Estado del modelo SPC con agrietamiento por deslizamiento, carga de 2.31 ton.................... 70

Figura 3.22 Estado del modelo SPC con carga mxima de 5.60 ton................................................................ 70

Figura 3.23 Estado del modelo SPC con carga ltima de 3.54 ton. .................................................................. 71

Figura 3.24 Estado final del modelo SPC. ............................................................................................................ 72

Figura 3.25 Carga-distorsin del modelo SPC. .................................................................................................... 73

Figura 3.26 Esfuerzo cortante-distorsin del modelo SPC............................................................................... 73

Figura 3.27 Carga lateral-rotacin del modelo SPC. .......................................................................................... 74

Figura 3.28 Carga lateral-rotacin del panel central del modelo SPC. ............................................................ 74

Figura 3.29 Carga lateral-curvatura del panel central del modelo SPC. ........................................................... 75

Figura 3.30 Deformacin angular de las diagonales principales de pared SPC. ............................................ 75

Figura 3.31 Deformacin angular de las diagonales superiores de pared SPC. ............................................. 76

Figura 3.32 Deformacin angular de las diagonales inferiores de pared SPC................................................ 76

Figura 3.33 Historia real de carga del espcimen SPCI. ..................................................................................... 77

Figura 3.34 Historia real de distorsiones del espcimen SPCI. ......................................................................... 78

Figura 3.35 Estado del modelo SPCI con primer agrietamiento, carga de 3.18 ton..................................... 78

Figura 3.36 Estado del modelo SPCI con carga de 6.08 ton y distorsin de 0.2053%. ................................ 79



Figura 3.39 Estado del modelo SPCI con carga de 4.58 ton y distorsin de 1.01%...................................... 80

Figura 3.40 Estado final del modelo SPCI............................................................................................................ 81

Figura 3.41 Carga-distorsin del modelo SPCI.................................................................................................... 82

Figura 3.42 Esfuerzo cortante-distorsin del modelo SPCI. ............................................................................. 82

Figura 3.43 Carga lateral-rotacin del modelo SPCI.......................................................................................... 83

Figura 3.44 Carga lateral-rotacin del panel central del modelo SPCI............................................................ 83

Figura 3.45 Carga lateral-curvatura del modelo SPCI........................................................................................ 84


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Indice de figuras xv

Figura 3.46 Deformaciones angulares de las diagonales principales de pared SPCI. ....................................84

Figura 3.47 Deformaciones angulares de las diagonales superiores de pared SPCI......................................85

Figura 3.48 Deformaciones angulares de las diagonales inferiores de pared SPCI. ......................................85

Figura 3.49 Historia real de carga del espcimen SPP........................................................................................86

Figura 3.50 Historia real de distorsin del espcimen SPP. ..............................................................................87

Figura 3.51 Estado de la Pared 2 Norte con primer agrietamiento, para carga de 0.49 ton. .......................88

Figura 3.52 Estado de la Pared 1 Este con primer agrietamiento, para carga de 0.49 ton...........................89

Figura 3.53 Estado de la Pared 2 Norte, agrietamiento de mojinete. ..............................................................90

Figura 3.54 Estado de la Pared 2 Norte, agrietamiento de solera 2. ................................................................90

Figura 3.55 Estado de la Pared 2 Sur, agrietamiento de base de nervio 3.......................................................91

Figura 3.56 Estado de la Pared 1 Oeste, separacin de la mampostera en la unin con el nervio 2.........92

Figura 3.57 Estado de la Pared 2 Norte, agrietamiento del nervio 3 en zona intermedia. ...........................93

Figura 3.58 Estado de la Pared 1 Este, agrietamiento de solera de corona 1.................................................93

Figura 3.59 Estado final de la Pared 2 Norte.......................................................................................................95

Figura 3.60 Estado final de la Pared 2 Sur. ..........................................................................................................95

Figura 3.61 Estado final de la Pared 1 Este. ........................................................................................................96

Figura 3.62 Estado final de la Pared 1 Oeste.......................................................................................................97

Figura 3.63 Estado final de la Pared 3 Este. ........................................................................................................97

Figura 3.64 Estado final de la Pared 3 Oeste.......................................................................................................98

Figura 3.65 Fotografa de estado final de Pared 2 Norte...................................................................................98

Figura 3.66 Fotografa de estado final de Pared 1 Este......................................................................................99

Figura 3.67 Carga-distorsin del modelo SPP. ..................................................................................................100

Figura 4.1 Curva esfuerzo deformacin del acero de refuerzo utilizado en los modelos...........................104

Figura 4.2 Deformaciones en el refuerzo longitudinal, pared SPM. ..............................................................105


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xvi Mampostera de suelo cemento confinada

Figura 4.3 Secuencia de fluencia en el refuerzo longitudinal de nervios, pared SPM................................. 105

Figura 4.4 Refuerzo e instrumentacin interna del espcimen SPC.............................................................. 106

Figura 4.5 Deformaciones en el refuerzo del espcimen SPC........................................................................ 107

Figura 4.6 Secuencia de fluencia en el refuerzo longitudinal de los nervios, espcimen SPC................... 108

Figura 4.7 Refuerzo e instrumentacin externa del espcimen SPCI............................................................ 109

Figura 4.8 Nomenclatura instrumentacin externa, espcimen SPCI.......................................................... 110

Figura 4.9 Deformaciones en el refuerzo del espcimen SPCI..................................................................... 111

Figura 4.10 Secuencia de la fluencia en el refuerzo de los nervios. ............................................................... 112

Figura 4.11 Deformaciones en solera intermedia, pared SPCI........................................................................ 112

Figura 4.12 Identificacin de los elementos confinantes de la mampostera............................................... 114

Figura 4.13 Deformaciones en el refuerzo del nervio 3 (N3)......................................................................... 117

Figura 4.14 Deformaciones en el refuerzo de la solera de corona 2 (SC2). ................................................. 117

Figura 4.15 Deformaciones en el refuerzo del mojinete (M).......................................................................... 118

Figura 4.16 Deformaciones en el refuerzo de los nervios 1 y 2 y de la solera de corona 1. ...................... 119

Figura 4.17 Deformaciones en el refuerzo de los nervios 4 y 5 y de la solera de corona 3. ...................... 120

Figura 4.18 Secuencia de fluencia en el refuerzo longitudinal de nervios, pared SPP................................ 123

Figura 4.19 Secuencia de fluencia en acero longitudinal de soleras de corona y mojinete, pared SPP.... 123

Figura 4.20 Grietas monitoreadas en la cara sur de la pared 2, del espcimen SPP.................................... 124

Figura 4.21 Grietas monitoreadas en la cara norte de la pared 2, del espcimen SPP................................ 125

Figura 4.22 Grieta monitoreada en la cara este de la pared 1, del espcimen SPP. .................................... 126

Figura 4.23 Grieta monitoreada en la cara oeste de la pared 1, del espcimen SPP................................... 127

Figura 5.1 Envolventes de paredes ensayadas con carga lateral a su plano.................................................. 129

Figura 5.2 Envolventes de respuesta de modelos SPC y SPCI ...................................................................... 130

Figura 5.3 Comparacin de resultados experimentales con Normas Salvadoreas. ................................... 133


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Indice de figuras xvii

Figura 5.4 Envolventes de respuesta de modelos SPC y SPCI, primera fluencia del acero de refuerzo..133

Figura 5.5 Modelos SPCI y SPC con daos a nivel de distorsin promedio de 0.4 %...............................134

Figura 5.6 Envolvente de pared ensayada con carga fuera de su plano y primeras fluencias de acero. ...134

Figura 5.7 Envolvente de pared ensayada con carga fuera de su plano y fotografas del nivel de dao..135

Figura 5.8 Modelo de pared para ensayo fuera del plano. ...............................................................................138

Figura 5.9 Modelos simplificados para el anlisis de la mampostera confinada..........................................139

Figura 5.10 Seccin de muro de mampostera....................................................................................................140

Figura 5.11 Condiciones de borde y carga para el modelo de pared...............................................................143

Figura 5.12 Muro de mampostera confinado por un marco de concreto reforzado.......................................150

Figura 5.13 Rigidez de pared tomando en cuenta un giro a la altura de la solera intermedia. ...................152

Figura 5.14 Rigidez de ciclo..................................................................................................................................155

Figura 5.15 Rigidez de ciclo de paredes ensayadas con carga lateral a su plano. .........................................156

Figura 5.16 Rigidez de ciclo de paredes ensayadas con carga fuera de su plano..........................................156

Figura 5.17 Rigidez equivalente............................................................................................................................157

Figura 5.18 Rigidez equivalente de paredes ensayadas con carga lateral a su plano....................................158

Figura 5.19 Rigidez equivalente de paredes ensayadas con carga fuera de su plano. ..................................158

Figura 5.20 Energa disipada acumulada por ciclo impar de paredes con carga lateral a su plano.............160

Figura 5.21 Energa disipada acumulada por ciclo impar de pared con carga fuera de su plano. ..............160

Figura 5.22 Componentes de la energa disipada por el modelo SPC. ...........................................................162

Figura 5.23 Componentes de la energa disipada por el modelo SPCI...........................................................162

Figura 5.24 Amortiguamiento viscoso equivalente...........................................................................................163

Figura 5.25 Amortiguamiento de ciclos impares positivos de paredes con carga paralela a su plano. ......164

Figura 5.26 Amortiguamiento de ciclos impares negativos de paredes con carga paralela a su plano. .....165

Figura 5.27 Amortiguamiento de ciclos impares de paredes con carga fuera a su plano. ..........................165

Figura 5.28 Capacidad de deformacin de la pared SPM. ................................................................................166


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xviii Mampostera de suelo cemento confinada

Figura 5.29 Capacidad de deformacin de la pared SPC.................................................................................. 167

Figura 5.30 Capacidad de deformacin de la pared SPCI. ...............................................................................168

Figura 5.31 Capacidad de deformacin de la pared SPP. ................................................................................. 169

Figura 5.32 Capacidad de deformacin de los modelos ensayados................................................................ 170

Figura 6.1 Modelo bilineal elasto-plstico........................................................................................................... 172

Figura 6.2 Modelo trilineal con degradacin post-fluencia. .............................................................................173

Figura 6.3 Modelo trilineal sin degradacin post-fluencia................................................................................ 174

Figura 6.4 Modelo bilineal SPM. .......................................................................................................................... 175

Figura 6.5 Modelo trilineal con degradacin post-fluencia, SPM. ................................................................. 175

Figura 6.6 Modelo trilineal sin degradacin post-fluencia, SPM.................................................................... 176

Figura 6.7 Modelo bilineal elasto-plstico, SPC................................................................................................ 176

Figura 6.8 Modelo trilineal con degradacin post-fluencia, SPC. .................................................................. 177

Figura 6.9 Modelo trilineal sin degradacin post-fluencia, SPC..................................................................... 177

Figura 6.10 Modelo bilineal elasto-plstico, SPCI............................................................................................ 178

Figura 6.11 Modelo trilineal con degradacin post-fluencia, SPCI. .............................................................. 178

Figura 6.12 Modelo trilineal con degradacin post-fluencia, SPCI. .............................................................. 179

Figura 6.13 Modelo bilineal elasto-plstico, SPP.............................................................................................. 179

Figura 6.14 Modelo trilineal con degradacin post-fluencia, SPP. ................................................................. 180

Figura 6.15 Modelo trilineal sin degradacin post-fluencia, SPP. ................................................................... 180

Figura 6.16 Espectro de respuesta, componente longitudinal del registro del 10/10/1986, IGN............ 182

Figura 6.17 Espectro de respuesta, componente transversal del registro del 10/10/1986, IVU............... 182

Figura 6.18 Espectro de respuesta, componente transversal del registro del 13/1/2001, SPN. ............... 183

Figura 6.19 Espectro de respuesta, componente longitudinal del registro del 13/1/2001, Armenia. ...... 183

Figura 6.20 Relacin demanda/capacidad modelo SPM................................................................................. 185


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Indice de figuras xix

Figura 6.21 Relacin demanda/capacidad modelo SPC..................................................................................186

Figura 6.22 Relacin demanda/capacidad modelo SPCI.................................................................................187

Figura 6.23 Relacin demanda/capacidad modelo SPP...................................................................................188

Figura 6.24 Modelo estructural pared SPC..........................................................................................................189

Figura 6.25 Modelo estructural pared SPCI. .......................................................................................................189

Figura 6.26 Comparacin de rigideces, modelo SPC.........................................................................................190

Figura 6.27 Modelo estructural pared SPC en su primer modo de vibracin. ..............................................191

Figura 6.28 Registro transversal, sismo 10 de octubre 1986, IVU. .................................................................191

Figura 6.29 Comparacin de demanda de modelo elstico lineal y capacidad, SPC. ...................................192

Figura 6.30 Comparacin de rigideces modelo SPCI........................................................................................192

Figura 6.31 Deformada del modelo SPCI, primer modo de vibracin. .........................................................193

Figura 6.32 Curva de capacidad, modelo SPC....................................................................................................194

Figura 7.1 Comparacin de resultados de ensayo de compresin en ladrillos, etapas I y II. ......................198

Figura 7.2 Comparacin de resistencia a compresin y a compresin diagonal, para las etapas I y II. ....198


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xx


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xxi

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 Comparacin de requisitos de NEDCV de 1997 y 2004.....................................................................6

Tabla 2.1 Nomenclatura utilizada en las paredes ensayadas con carga paralela a su plano. ..........................16

Tabla 2.2 Propiedades nominales requeridas por las NEDCV y definidas para la investigacin.................22

Tabla 2.3 Resultados de ensayos a compresin en ladrillos de suelo cemento. ..............................................24

Tabla 2.4 Resultados de ensayos a flexin en ladrillos de suelo cemento. .......................................................25

Tabla 2.5 Valores de pesos volumtricos hmedo y seco, % de absorcin y absorcin ...............................25

Tabla 2.6 Resultados de los ensayos a compresin en mortero utilizado en las paredes...............................26

Tabla 2.7 Resultados de ensayos realizados a concretos utilizados en las paredes ensayadas.......................27

Tabla 2.8 Resultados de los ensayos a tensin realizados al acero de refuerzo...............................................28

Tabla 2.9 Resultados de los ensayos a compresin simple en prismas de mampostera. ..............................30

Tabla 2.10 Resultados de los ensayos a compresin diagonal en prismas de mampostera. .........................32

Tabla 2.11 Resultados de los ensayos a compresin en mortero de prismas. .................................................35

Tabla 3.1 Patrn de agrietamiento final de modelo SPP.....................................................................................94

Tabla 4.1 Distribucin de strain gauges en elementos confinantes de modelo SPP. ...................................114

Tabla 4.2 Strain gauges que no reportaron mediciones durante el ensayo de modelo SPP ........................115

Tabla 4.3 Secuencia de fluencia de aceros de especimen SPP..........................................................................122

Tabla 4.4 Mediciones iniciales y finales de aberturas de grietas, espcimen SPP..........................................127


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xxii Mampostera de suelo cemento confinada

Tabla 5.1 Anlisis comparativo de los modelos ensayados............................................................................. 131

Tabla 5.2 Aproximaciones analticas de los modelos ensayados.................................................................... 131

Tabla 5.3 Evaluacin de la resistencia de diseo bajo las Normas Tcnicas de El Salvador..................... 132

Tabla 5.4 Solucin matemtica simplificada de la teora de placas de Timoshenko................................... 143

Tabla 5.5 Rigideces tericas y experimentales de modelos ensayados con carga paralela su plano. ........ 153

Tabla 5.6 Comparacin de rigideces de modelos ensayados con carga paralela al plano........................... 170

Tabla 6.1 Resumen de parmetros que definen los modelos de linealizacin. ............................................. 181

Tabla 6.2 Ordenadas espectrales y fuerzas ssmicas equivalentes, SPM. ....................................................... 184

Tabla 6.3 Ordenadas espectrales y fuerzas ssmicas equivalentes, SPC. ........................................................ 185

Tabla 6.4 Ordenadas espectrales y fuerzas ssmicas equivalentes, SPCI........................................................ 186

Tabla 6.5 Ordenadas espectrales y fuerzas ssmicas equivalentes, SPP.......................................................... 187

Tabla 6.6 Factores de participacin modal, modelo SPC................................................................................. 190

Tabla 6.7 Factores de participacin modal, modelo SPCI. ..............................................................................193

Tabla 6.8 Ductilidades de los modelos investigados. ........................................................................................ 195

Tabla 6.9 Equivalencia entre y R. ..................................................................................................................... 195


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1

1. INTRODUCCIN

En el pas, se han realizado varias investigaciones con el propsito de encontrar soluciones a laproblemtica de la construccin de viviendas de bajo costo; promoviendo la utilizacin demateriales y mano de obra locales, tecnologa accesible, procesos de produccin y construccinde fcil ejecucin con el objeto de promover la autoconstruccin.

Por lo antes expuesto, una buena parte de las investigaciones desarrolladas localmente en losltimos aos se han enfocado en los ladrillos de suelo-cemento, tanto en los fabricadosmanualmente, como en los fabricados con mquinas vibratorias. Estas investigaciones se hancentrado principalmente en el estudio de la unidad, es decir, en la produccin de ladrillos de

adecuada absorcin y resistencia a compresin (40 a 50 kg/cm2), mientras que otros pocosestudios se han enfocado en la investigacin de la resistencia a compresin simple y la flexin deprismas de ladrillo de suelo cemento; pero hasta la fecha no se haba estudiadoexperimentalmente el comportamiento de la mampostera confinada con modelos a escalanatural.

1.1ANTECEDENTES DE LA MAMPOSTERA CONFINADA.

Durante los ltimos aos el avance en investigacin de las estructuras de mampostera yespecficamente en la mampostera confinada en trminos de capacidad y resistencia han sidoimportantes. El trmino de confinamiento en mampostera se asocia con la colocacin de

elementos de concreto reforzado de seccin transversal pequea alrededor de paredesperimetralmente e incluso alrededor de huecos de puertas y ventanas. El uso de este tipo demampostera ha sido frecuente en pases en desarrollo y en El Salvador no ha sido la excepcinya que este ha sido tradicionalmente el sistema de referencia para viviendas de poca altura aligual que en Mxico, en donde investigaciones realizadas a partir de finales de la dcada de 1960demuestran el buen desempeo de estas estructuras ante solicitaciones ssmicas. Popularmenteen El Salvador las estructuras de mampostera confinada se refieren a las que han sidoconstruidas utilizando ladrillo de arcilla cocido; mientras que el bloque de concreto que nonecesariamente puede ser confinado, ha sido difundido como mampostera reforzada, aunque deigual manera puede confinarse. En otros pases como Mxico y Japn, se han desarrolladoinvestigaciones relacionadas al confinamiento de la mampostera de bloque de concreto. Enrelacin a las consideraciones de diseo y tcnicas y prcticas constructivas, durante largo tiempofueron basadas en procedimientos empricos y en experiencia de personas relacionadas al campo,as en los siguientes aos se adoptaron estndares de pases como Mxico o Estados Unidos conel fin tener una referencia en los procedimientos de diseo, llegndose a elaborar en base a estosla que ahora se conoce como la Norma Especial para Diseo y Construccin de Vivienda, quedefine los requisitos mnimos para el diseo y los procedimientos constructivos que garantizaranla seguridad estructural ante eventos ssmicos.


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2 Mampostera de suelo cemento confinada

1.1.1 Ladrillo de suelo cemento.

En el pas, el ladrillo slido de barro cocido ha sido uno de los productos ms utilizados para laconstruccin de mampostera confinada, especialmente para su uso en viviendas, debido a lafacilidad para encontrar las materias primas (barro, tierra blanca y agua) para su fabricacin y a sufcil proceso de produccin. Sin embargo, su proceso de fabricacin requiere materiales que

permitan la combustin para el cocimiento de las unidades, consumindose gran cantidad delea, generando con ello deforestacin, adems de otros materiales como llantas usadas y otrosmateriales de desecho, provocando daos al medioambiente, como los citados a continuacin.

Incremento de la contaminacin del aire. Prdida de infiltracin del agua. Degradacin de las cuencas hidrogrficas. Erosin del suelo. Prdida de la biodiversidad. Disminucin del hbitat para la vida silvestre. Aumento de las escorrentas superficiales y disminucin de aguas subterrneas.

Prdida de fuentes de agua.Debido a los daos que causa el proceso de produccin del ladrillo de barro cocido, se hanbuscado nuevos productos que no generen daos al medioambiente y que sustituyan al ladrilloslido de barro cocido, pero que a su vez alcancen valores similares o mejores tanto en preciocomo en calidad. El ladrillo de suelo cemento ha sido estudiado como una solucin viable, queadecuadamente trabajada cumple con estndares adecuados.

Los ladrillos de suelo-cemento son fabricados a partir de una mezcla de materiales, como latierra blanca, arena, cemento y agua. Pueden ser elaborados manual o mecnicamente, sinrequerir mano de obra calificada.

La mayora de las investigaciones realizadas en el pas estn desarrolladas a travs de trabajos degraduacin, entre ellas se tiene la realizada en 1976 por Ignacio Francs Fadn en la que sepropusieron proporciones en peso para unidades de suelo cemento a las que se les midieron lassiguientes propiedades: resistencia a la compresin, esfuerzo a tensin, mdulo de elasticidad,coeficiente de Poisson, peso volumtrico y absorcin.

En el ao 2000, Fredy Orlando Castro Ulloa y otros, presentaron el Estudio tcnico-econmicopara la fabricacin de ladrillo de suelo-cemento y agregado de peso ligero, como posiblesustituto del ladrillo de barro, para evitar el deterioro ambiental. En l se plante una propuestatcnica-econmica para la fabricacin de ladrillos hechos con suelo, agregados ligeros y cemento;proponindose 3 tipos de mezcla, a las cuales se les midi su resistencia a compresin y

absorcin.

Ivn Ernesto Retana Rodrguez y otros, [2001], realizaron el Estudio del suelo-cemento comomaterial de construccin para viviendas. En este estudi se estableci que utilizando unadosificacin en volumen 1:10, cemento Portland tipo I modificado y un suelo que contenga 70%o ms de arena, se logran estructuras (viviendas de un nivel) con caractersticas sismorresistentessatisfactorias, ya que se obtienen unidades con valores de resistencia a la compresin superioresa 61 kg/cm2.


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Captulo 1. Introduccin 3

En el 2002, Karla J. Fuentes Fernndez y otros, desarrollaron el trabajo El cemento Portlandbajo norma ASTM C 1157 tipo HE en la fabricacin de ladrillos para pared en la vivienda.Este trabajo contiene un anlisis de los materiales de construccin existentes en el mercadoSalvadoreo y un anlisis comparativo entre los diferentes sistemas constructivos, basados enensayos de compresin y absorcin.

Adems de las investigaciones desarrolladas a travs de trabajos de graduacin, se han efectuadoinvestigaciones en el pas a travs de otros organismos. Ejemplo de ellas son la presentada en1978 por el Ing. Arstides Chvez Valle, en el Cuarto Congreso Nacional de Ingeniera,Investigacin de nuevos materiales de construccin (ladrillos de pared), del Centro deInvestigaciones Geotcnicas. Este documento trata sobre pruebas realizadas a ladrillosfabricados de diferentes materiales combinados con cemento, entre los cuales se encontraban:piedra pmez, toba, arenas limosas, arcillas limosas, limos orgnicos, lava, arena de mar, cuarzo yotros materiales orgnicos como bagazo de caa, granza de arroz, estopa de coco y caparazn deconcha.

Como puede observarse de lo antes expuesto, prcticamente todas las investigaciones realizadasen el pas hasta la fecha se centran en el estudio de las propiedades de las unidades y en lapropuesta de dosificaciones para unidades hechas a mano o con mquina. Otras investigacionesavanzan un paso ms y estudian la resistencia a compresin en prismas (ensamblajes demampostera), pero sin adentrarse en el conocimiento de su mdulo de elasticidad, ni en laresistencia a tensin diagonal y el mdulo de rigidez de la mampostera, propiedades mecnicasimportantes para el diseo.

1.1.2 Mampostera de suelo cemento confinada.

La mampostera ha sido uno de los sistemas de construccin mas utilizados en los conjuntos

habitacionales de bajo costo lo que ha permitido disminuir la demanda de vivienda para lossectores que se han visto afectados por diversas circunstancias que en su mayora estnrelacionadas con desastres naturales como terremotos, inundaciones, etc. La mamposteraconfinada de ladrillo de barro se ha situado comnmente dentro de los sistemas tradicionalesque proporcionan soluciones seguras en viviendas, de manera que la construccin de estasbasadas en anlisis y diseos empricos finalmente fueron incluidas en las normativas yestndares, que definieron las caractersticas y propiedades de materiales a usar as comorequisitos mnimos en los refuerzos de los elementos de confinamientos. La mamposteraconfinada de ladrillo de barro considerado muy conveniente en trminos de comportamientoestructural y resistencia present aspectos en contra, ya que factores econmicos como el accesoa unidades de barro fue ms difcil para personas de escasos recursos y factores ambientalistascomo el deterioro y polucin del aire (coccin de las unidades) influyeron enormemente en labsqueda de nuevas alternativas que pudieran sustituir la unidad de barro cocido.

Investigaciones en suelo-cemento

Debido a la problemtica expuesta se iniciaron investigaciones cuyo objetivo fue encontrar unelemento que pudiera sustituir al ladrillo de barro cocido y que fuera de alguna manera accesiblea los sectores ms necesitados. Surge as, la introduccin del bloque de suelo-cemento comoparte de una investigacin (Depto. Ing. Estructural, UES, 1970) en donde se estudiaron las


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caractersticas del bloque de suelo cemento con dimensiones de 9.4 x 29.2 x 14 elaborado con lamquina Cinva Ram de origen colombiano, la dosificacin utilizada fue 10% de cemento , 20% de agua y 70% de suelo seco en donde se obtuvo un mezcla estable que fue determinante paraobtener un incremento proporcional en los esfuerzos medidos, sin embargo los resultados soloproporcionaron de forma particular las caractersticas de los bloques ensayados, sentando unabase para futuros estudios.

Posteriormente diversos trabajos de investigacin se han llevado acabo, la mayora tiene comoobjetivo principal proporcionar soluciones al problema del costo de la vivienda y llegan a ser unaalternativa econmica para la construccin, as investigaciones como Utilizacin de bloques desuelo cemento machimbrado para vivienda de bajo costo [Deras, et.al, 1998], Mampostera desuelo cemento para vivienda de bajo costo usando cemento especial de mampostera [MirandaRomero, 1985], son solo algunos de los estudios que dan relevancia a la necesidad de utilizarmateriales ecolgicos que permitan reducir los niveles de contaminacin, como disminuir el altocosto de los materiales de construccin de las viviendas. No obstante, los estudios han sidolimitados a pruebas mecnicas de las unidades y de aqu que se deriva la importancia de

desarrollar pruebas de especimenes a escala natural que puedan reflejar cualitativa ycuantitativamente la resistencia de estas paredes como elementos estructurales.

1.2CARACTERSTICAS DE LA MAMPOSTERA CONFINADA SEGN LAS NORMAS DE VIVIENDADE EL SALVADOR.

Las primeras disposiciones sismorresistentes para el anlisis, diseo y construccin de viviendasde una y dos plantas, fueron plasmadas en el captulo XV del Reglamento de Emergencia deDiseo Ssmico de la Repblica de El Salvador, emitido en septiembre de 1989, a raz delterremoto del 10 de octubre de 1986. Dichas disposiciones tuvieron su fundamento principal enel Cdigo Ssmico de Costa Rica de 1986.

En octubre de 1996 se emite por decreto presidencial el Reglamento para la SeguridadEstructural de las Construcciones, que sustituye al Reglamento de Emergencia de DiseoSsmico de la Repblica de El Salvador y que es acompaado por nueve Normas Tcnicas. Entreestas se encuentra la Norma Especial para Diseo y Construccin de Viviendas , a la cual se le anexaun Folleto Complementario en donde se presentan los Lineamientos para Construccin enAdobe, dicha norma aparece publicada en mayo de 1997.

Debido a los terremotos de enero y febrero de 2001, en septiembre de 2003, el Ministerio deObras Pblicas contrat a la Asociacin Salvadorea de Ingenieros y Arquitectos (ASIA) pararealizar la Primera Etapa de Revisin y Modernizacin de la Normativa de SeguridadEstructural de las Construcciones: Norma para Hospitales y Norma para Vivienda. La revisin

de la Norma Especial para Diseo y Construccin de Viviendas fue finalizada en marzo de 2004.

La tabla 1.1 presenta una comparacin de las normas de 1997 y 2004 con el fin de valorar loscambios suscitados entre ambas. Haciendo una valoracin en trminos generales, se puedeobservar que la norma de 2004 define un panel de mampostera confinado de 3 x 3 m, mientrasque la de 1997 lo indicaba de dimensiones de 2.4 x 2.4 m, obviamente para una mampostera coniguales propiedades, las paredes con menor rea confinada tendran mayor resistencia. Otrocambio importante para la mampostera confinada, es la inclusin o no de la solera intermedia, la


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norma de 2004 no la exige, en contraposicin a la norma de 1997 donde es mandatario. Estosdos ejemplos son una muestra de los cambios sucedidos en la normativa de vivienda, los cualesse han dado sin realizar investigaciones que avalen o rechacen tales cambios.

1.3COMPORTAMIENTO DE LA MAMPOSTERA CONFINADA.

El comportamiento de las estructuras de mampostera confinada que se someten a la aplicacinde cargas laterales se caracterizan principalmente por la presencia de esfuerzos flexionantes ycortantes combinados y que a su vez como producto de la baja capacidad a esfuerzos deadherencia entre las juntas de unin de piezas con el mortero, es comn observar la formacinde grietas en diagonal a aproximadamente 45 grados siendo este uno de los efectos masrepresentativos al momento de evaluar las caractersticas del estos sistemas.

En recientes investigaciones se ha podido comprobar la semejanza que existe en los muros noreforzados con los muros confinados en los primeros pasos de las pruebas y especficamenteantes del primer agrietamiento diagonal significativo, lo que sugiere la poca influencia de los

nervios y soleras en el comportamiento global. Las caractersticas importantes de los murosconfinados se pueden observar mas claramente cuando los nervios empiezan a ser sometidos amayores esfuerzos flexionantes por la suposicin del puntal diagonal de compresin que actaen ambos extremos para ensayes de ciclos reversibles, como resultado se espera que lacontribucin de los nervios aumente la capacidad a fuerza cortante as como la capacidad dedeformacin del modelo.


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Tabla 1.1 Comparacin de requisitos de NEDCV de 1997 y 2004.

Requisitos Norma de Vivienda, 1997 Norma de Vivienda, 2004PARED

Espesor de la pared

Estructurales 14 cm 10 cm

No estructurales 10 cm

Tamao mximo del tablero 2.4 m de altura x 2.5 m de longitud 3.0 m x 3.0 m

Intersecciones y esquinas de paredes Intersecciones con otras paredes.

Extremos de paredes aisladas Extremos de paredes.

Alrededor de huecos de puertas y

ventanas

Ancho mnimo de elementos

confinantes

Espesor de la pared. Si el espesor es

igual a 10 cm, el ancho deber ser 15 cm

SOLERASfc 150 kg/cm

2

Soleras de cimentacin o fundacin Mandatorio Mandatorio

Peralte: 20 cm Peralte: 20 cm

Ancho: 30 cm Ancho : 35 cm

Longitudinal: 3 var. 3/8" Longitudinal: 3 var. 3/8"

Transversal: var. 1/4" @ 20 cm Transversal: grapa 3/8" @ 20 cm

Soleras intermedias Mandatorio No lo exige

Peralte: 10 cm

Ancho: espesor de la pared

Longitudinal: 2 var. 3/8"

Transversal: var. 1/4" @ 15 cm

Soleras de coronamiento Mandatorio Mandatorio

Peralte: 15 cm

Ancho: espesor de la pared


Transversal: var. 1/4" @ 15 cmTransversal: var. 1/4" @ 20 cm, sin

exceder1.5 espesor de la pared

NERVIOS Mandatorio Mandatorio

Peralte: 15 cm Ancho: espesor de la

paredAncho: espesor de la pared


Transversal: var. 1/4" @ 15 cmTransversal: var. 1/4" @ 20 cm, sin

exceder1.5 espesor de la pared

ALACRANESUtilizables cuando la relacin rea

abertura/rea tablero es menor al 15%

Peralte: 10 cm

Ancho: 15 cm

Longitudinal: 2 var. 3/8"

Transversal: var. 1/4" @ 20 cm, sin

exceder1.5 espesor de la pared. Varillas

pueden ser lisas o corrugadas.REPISAS DE VENTANAS

Peralte: 10 cm

Longitudinal: 2 var. 3/8"Longitudinal: 2 var. 3/8"

Transversal: var. 1/4" @ 20 cmMORTERO

Resistencia a la compresin 75 - 125 kg/cm

ACERO DE REFUERZODimetro 3/8" fy = 2800 kg/cm

2, fu = 4900 kg/cm

2

Dimetro 1/4" fy = 2500 kg/cm2, fu = 4200 kg/cm

2

LADRILLOS SUELO CEMENTORequisitos norma No especifica su uso ASTM C-56

Ubicacin de elementos confinantes

Seccin transversal mnima

Refuerzo mnimo


Refuerzo mnimo

Seccin transversal mnimaAncho y peralte mayor o igual al espesor

de la pared.

Refuerzo mnimo


Espesor de la pared en ambos sentidos.

Si el espesor es igual a 10 cm, el anchodeber ser 15 cm

Refuerzo mnimo


Refuerzo mnimo


Refuerzo mnimo


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Durante los ensayes se han observado importantes caractersticas en el desempeo de lasmampostera no reforzada al igual que en la confinada, se ha observado que despus del primeragrietamiento hay una excesiva degradacin de resistencia y rigidez lo que conduce en diferentescasos a fallas locales abruptas generalmente en las juntas de unin de mortero y piezas y en losextremos inferiores y superiores de los nervios, sin embargo el mecanismo de falla que se originatambin permite que entre en funcin otros mecanismos de resistencia, as el acero en losnervios tambin provee una contribucin a la resistencia lateral de manera que estosproporcionaran mayor capacidad de deformacin aunque se siga desarrollando grietasimportantes en donde las fuerzas laterales prcticamente son resistidas por friccin y anclajemecnico a lo largo de ellas.

Curva carga-deformacin de la mampostera bajo cargas laterales

Una vez finalizadas las pruebas de muros de mampostera sometidos a cargas laterales esrepresentativo generar las curvas de carga-deformacin contra la distorsin angular(desplazamiento lateral entre altura de muro). Se conoce que Meli [1979] realiz pruebas en

muros de ladrillo de arcilla y propuso una curva trilineal que describe el comportamiento de losmuros en tres fases: la primera hasta el primer agrietamiento del muro, la segunda definida porun tramo entre el agrietamiento y la carga mxima (rigidez baja), y finalmente un tramohorizontal hasta la falla; otros autores como Tomazevic [1997] propusieron tambinidealizaciones tanto para un comportamiento Bilineal como Trilineal basados tambin enexperimentos realizados en mampostera reforzada, ver figuras 1.1 y 1.2.

Figura 1.1 Modelo Bilineal propuesto por Tomazevic.


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Figura 1.2 Modelo Trilineal propuesto por Tomazevic.

Como se puede observar en ambas grficas los tramos de las curvas iniciales son lineales ycorresponden a valores de rigidez mayor y adems se registran deformaciones muy pequeas.Los modelos bilineales muchas veces se generalizan para muros de mampostera no reforzada yaque para ciertos experimentos realizados bajo carga axial y lateral se pueden observar claramenteestas tendencias [Yoshimura, 2005]; no obstante en los modelos trilineales que tambin seasemejan a los modelos de paredes confinadas, se observan claras diferencias por variaciones enlas propiedades de los materiales lo cual tiene un efecto importante en los resultados.

Comportamiento ante cargas laterales cclicas

Pruebas experimentales han demostrado que para distorsiones angulares menores a 0.001 lamampostera se comporta elsticamente y no se observa degradacin considerable y s gananciade resistencia. Una vez que se alcanza el primer agrietamiento la mampostera se degradaconsiderablemente sobretodo con la mampostera no reforzada, en el caso de mamposteraconfinada anteriormente se mencionaron algunos mecanismos que proveen incremento endeformacin no as en resistencia.

Finalmente los modos de falla ms comunes de la mampostera pueden resumirse a falla porflexin, tensin diagonal o deslizamiento, y el modo de falla por compresin cuando la cuantade refuerzo es muy alta en el caso de muros reforzados o confinados.

1.4OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN.

La investigacin de la mampostera de suelo cemento confinada abarca una gran cantidad de


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factores, estos estn definidos en el Mapa de Investigacin desarrollado para este sistemaestructural (ver figura 1.4). La primera etapa de investigacin se concentr principalmente en dosaspectos: conocer el comportamiento del ladrillo de suelo cemento fabricado manualmente y elde la mampostera confinada. En base a estos dos temas se plantearon los objetivos y alcancessiguientes.

Ladrillos de suelo cemento.

Objetivos generales Conocer el comportamiento mecnico de ladrillos fabricados manualmente y prismas,

variando la relacin limo:arena y la dosificacin cemento: suelo, utilizando mtodosestndares de ensayo.

Definir y proporcionar las dosificaciones ms adecuadas, en funcin de su resistencia ycomportamiento, con el objeto de proponerlas para la construccin de viviendas.

Definir la dosificacin cemento:suelo y la proporcin limo:arena que se emplear en lainvestigacin de paredes.

Objetivos especficos Definir el comportamiento mecnico del ladrillo cuando las proporciones limo:arena y

cemento:suelo varan. Obtener un intervalo de confianza de los valores de resistencia obtenidos para una

probabilidad del 95%. Conocer el tipo de falla de los ladrillos y prismas ante cargas. Determinar el grado de manejabilidad de las unidades de suelo cemento.

Mampostera de suelo cemento confinado.

Objetivos generales Verificar experimentalmente el comportamiento ssmico de la mampostera de ladrillo de

suelo cemento confinado. Evaluar el efecto de los cambios en la Norma Especial para Diseo y Construccin de

Vivienda, de los aos 1997 y 2004. Proponer, si es necesario, modificaciones a las prcticas de diseo y construccin de la

mampostera de ladrillo de suelo cemento confinado que conduzcan a construccionesms seguras y eficientes.

Caracterizar la mampostera de ladrillo de suelo cemento confinado, a travs de ensayos aparedes.

Objetivos especficos Conocer la resistencia y comportamiento de paredes con solera intermedia (norma

vivienda 1997) y sin solera intermedia (norma vivienda 2004). Determinar la resistencia de las paredes ante carga paralela a su plano y fuera de su plano. Establecer los patrones de falla del sistema. Conocer los esfuerzos internos. Proponer modelos de anlisis y prediccin. Emitir recomendaciones a la Norma Especial de Diseo y Construccin de Viviendas.


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META

Establecerloslineamientosparaconstruirestructurasdemamposteradesuelocementoconfinadodeu

nnivel

Antecedente

s

EstudiodeInvestigacionesprevias

Estudiodemateriales:tierrablanca,

cemento,

arena,

acero,

mortero,

concreto,

etc.

Estudiodeunidadesdesuelo

cemento

Procesodefa

bricacin:manualy

conmquina

Dosificacione

sdellamezcla:

Suelo:relacioneslimo-arena

Unidad:rela

cionescemento-suelo

Propiedadesfsicasymecnicasde

lasunidades:dimensiones,absorcin,

compresin,fle

xin,

etc.

Propiedadesmecnicasdela

mampostera:c

ompresinsimple,

tensindiagonal,etc.

Protocolode

ensayos

Paredesconcargalateral

Paredesconcargafueradelplano

Detallesdeparedesslidasconysin

soleraintermed

ia

Detalledepare

desconabertura,

con

ysinsolerainte

rmedia

Detalladodete

chosolosas

Detalladodefu

ndaciones

Difusin

Comunidades

ONGs

Gobiernoslocales

Universidades

Asociacionesprofesionales

Constructores

Desempeoestructurald

e

paredesdentroyfuerade

l

plano

Resistenciaydeformaciones

Patrndegrietas

Aportedesoleraintermedia

Comportamientodeabertura

Comportamientodemodelos

reparadosy/oreforzados

Detallesestructurales

Procesoconstructivo

Mantenimiento

Planeamientoestructural

Densidaddeparedes

Distribucindesolerasynervios

Calidaddelaconstruccin

Recomendacionesanormade

vivienda

Propuestasdereparacionesy/o

reforzamientos

Nmerodeniveles:

1nivel

Ocurrencia

desismos

Inspeccin

ylaanlisis

delarespuestassmica

Lineamientos

constructivos

Mtodosdeensayo

Anlisis estructural

Ensayos componentes

Ensayos en paredes

3

4 5 6 7 8

10

2

1

11

12

13

14

15

17

16

18

Reparaciny/o

reforzamientode

paredes

9

Figura 1.3 Mapa de investigacin de la mampostera de suelo cemento confinada.


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Como puede observarse un punto importante a evaluar en esta investigacin consisti enconocer la resistencia y comportamiento de paredes sin y con solera intermedia, este fueconsiderado un punto de vital importancia en la investigacin debido a:

a) Muchos de los daos producidos en los terremotos de 2001 se pueden asociar alinadecuado confinamiento de los ladrillos y a la inexistencia de una solera intermedia. Lasfotos de la figura 1.4 refuerzan esta aseveracin, en la figura 1.4 a) se pueden observardos viviendas, la del primer plano construida sin solera intermedia, en la que varias desus paredes colapsaron, al fondo una estructura con soleras intermedias, sin dao en lapared frontal. La figuras 1.4 b) y c) muestran el dao de paredes sin solera intermedia;mientras que en la figura 1.4 d) se observa una vivienda de dos plantas en Alpes Suizos,que a pesar de no estar sustentada completamente en el terreno, su pared construida consolera intermedia no presenta daos.

b) La NEDCV de 2004 elimin el uso de la solera intermedia.

a) Armenia b) Jayaque

c) Comasagua d) Alpes Suizos

Figura 1.4 Fotos de daos ocasionados por el terremoto 13 de enero de 2001. Cortesa deDr. Manuel Lpez.


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2. PROGRAMA EXPERIMENTAL EN PAREDES

2.1INTRODUCCIN.

El comportamiento de las paredes de una vivienda ante las cargas inducidas por un sismo no slodepende de las propiedades de las paredes mismas, sino tambin de las propiedades de lasestructuras de techo y de fundacin, y de la forma en cmo las paredes se conectan entre s y conellas.

Las viviendas populares en el pas son generalmente construidas a base de paredes portantesapoyadas en una solera de fundacin que transmite las cargas al suelo y un sistema de techocompuesto por cubiertas de fibrocemento o metlicas sobre polines metlicos o de madera. El tipode techo comnmente utilizado, constituye un diafragma flexible, por lo que cada pared resiste lafuerza de inercia de la porcin del techo a la que le proporciona soporte vertical, adems de la quese genera producto de su propio peso.

Debido a lo anterior, bajo la accin de un sismo las paredes longitudinales (orientadas en ladireccin del sismo) se someten a cargas paralelas a su plano, en tanto que las paredes transversales(perpendiculares a la direccin del sismo) se someten a cargas perpendiculares a su plano.

En las paredes que soportan carga paralela a su plano, las deformaciones por cortante cobran tantaimportancia como las deformaciones por flexin, cuando la relacin entre la altura y la longitud dela pared disminuye. Entre los tipos de falla esperados para estas condiciones podemos ilustrar lossiguientes:

Figura 2.1 Modos de falla de paredes con carga paralela a su plano con relaciones H/L.intermedias a bajas.

Agrietamiento

diagonal

Agrietamiento

diagonal

Agrietamiento

horizontal


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Las paredes aisladas sometidas a cargas perpendiculares a su plano mayor, soportan esfuerzos porflexin y son susceptibles a agrietarse (ms si poseen una baja resistencia a la traccin) y sufrirvolteo (vase figura 2.2).

Figura 2.2 Modo de falla en pared aislada sometida a cargas perpendiculares a su plano.

Si la pared se encuentra soportada en sus extremos por medio de paredes perpendiculares, tal ycomo ocurre en las estructuras de vivienda, el comportamiento benfico de placa (flexin en dosdirecciones) mejora sus caractersticas de rigidez y resistencia. Bajo estas condiciones, algunas delas fallas ms comunes que pueden esperarse son:

Falla por flexin en la base, ya sea por flexin considerable o por separacin excesivade los soportes proporcionados por las paredes perpendiculares a la pared encuestin (falla identificada con el nmero 1 en la figura 2.3).

Falla por agrietamiento o por separacin de las paredes perpendiculares en elextremo superior de los bordes laterales, debido a la excedencia de los esfuerzos detensin de la mampostera (falla identificada con el nmero 2 en la figura 2.3).

Basados en lo antes expuesto, el programa experimental de la investigacin que se describe eneste captulo, est basado en ensayos en paredes con carga paralela a su plano y en paredes con

carga fuera de su plano, con el objeto de determinar experimentalmente la seguridad ssmica dela mampostera de ladrillo de suelo cemento confinado.

Volteo


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Captulo 2. Programa experimental en paredes 15

Figura 2.3 Modos de falla en paredes cargadas perpendicularmente a su plano.

2.2PROGRAMA DE ENSAYOS.

La investigacin fue diseada para ensayar tres modelos de paredes aisladas con carga paralela asu plano y una pared con carga fuera de su plano.

Las variantes en los ensayos con carga paralela al

informe suelo cemento

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