BLOQUE DE CONCRETO CON REFUERZO INTEGRAL

Transcripción

1 Mejoramiento de la Tecnología para la Construcción y Sistema de Difusión de la Vivienda Social Sismo-Resistente (TAISHIN FASE II) Informe de resultados de la investigación del sistema estructural BLOQUE DE CONCRETO CON REFUERZO INTEGRAL

2 «Mejoramiento de la Tecnología para la Construcción y Sistema de Difusión de la Vivienda Social Sismo-Resistente» (TAISHIN FASE II) INFORME DE RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL BLOQUE DE CONCRETO CON REFUERZO INTEGRAL Coordinadores : MSc.-Ing. Nicolás Guevara 1 MSc.-Ing. Nelson Ayala 2 MSc.-Ing. Emilio Ventura 3 1 Profesor e Investigador, Departamento de estructuras, escuela de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Universidad de El Salvador (UES) 2 Profesor e Investigador, Departamento de Mecánica Estructural, Universidad Centroamericana José Simeón Cañas (UCA) 3 Dirección de Adaptación al Cambio Climático y Gestión Estratégica del Riesgo (DACGER-MOP)

3

4 RESUMEN El presente documento presenta todos los resultados obtenidos en la investigación del sistema constructivo de mampostería de bloque de concreto con refuerzo integral, esta investigación se realizo a cabo en la segunda etapa del proyecto Mejoramiento de la Tecnología y Sistema de Difusión del la Vivienda Social Sismo resistente, mejor conocido como Taishin. La investigación se dividió en tres etapas, iniciando con la etapa de Mezclas y Materiales, en la cual se analizaron los diferentes componentes del sistema, tales como cemento, bloques, mortero, concreto fluido, etc. A partir de los resultados obtenidos en esta etapa se decidió por los mejores materiales a utilizar en la segunda etapa, la cual fue denominada Prismas de Mampostería y en esta se estudió el comportamiento en conjunto de los materiales antes mencionados. La tercera etapa consistió en el análisis de paredes a escala natural, haciéndose una nueve división entre el análisis de los modelos bajo carga paralela a su plano y el análisis de los modelos con carga perpendicular a su plano. Finalmente se presentan las conclusiones obtenidas de la investigación, así como recomendaciones para este sistema constructivo.

5

6 AGRADECIMIENTOS Se agradece a la Agencia Internación de Cooperación del Japón por haber depositado su confianza en el equipo de investigadores para realizar dicha tarea, además por haber brindado el financiamiento y todo el apoyo necesario para finalizar en buen término esta investigación. Al Viceministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano (VMVDU), Universidad Centroamericana José Simeón Cañas (UCA), Universidad de El Salvador (UES), Fundación Salvadoreña de Desarrollo y Vivienda Mínima (FUNDASAL) y al Instituto Salvadoreño de la Construcción (ISC) por proporcionar el personal necesario para llevar a cabo este proyecto. A los distintos expertos japoneses que han colaborado con sus aportes de conocimientos y recomendaciones transmitidos, así como también por el equipo brindado. Al Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED) y muy especial a los investigadores mexicanos que también han brindado sus recomendaciones y adecuados aportes a este proyecto. A todas las demás personas que han colaborado en sus diferentes etapas de esta investigación. Con aprecio, el comité de investigadores. MSc.Ing. Nicolás Guevara, Coordinador UES. MSc.Ing. Nelson Eduardo Ayala Leiva, Coordinador UCA. MSc.Ing. Emilio Martín Ventura (DACGER-MOP) Ing. Patricia Mendez de Hasbun, (UCA) MSc.Ing. Manuel de Jesús Gutiérrez, (UES) MSc.Ing. José Adolfo Ramos, (UCA) MSc.Ing. Mónica Gutiérrez (UCA) MSc.Ing Carlos Escobar (UES) Ing. Anibal Ortíz (UES) Ing. Adiel Mejía (Fundasal) Ing. Delmy de Hércules (Fundasal) Ing. Iza Mazorra (VMVDU)

7

8 INDICE DE CONTENIDO Contenido i. Introducción ii. Objetivo general iii. Objetivos específicos iv. Alcances y limitaciones ETAPA I: Mezclas y Materiales Introducción Estudio de agregados finos y gruesos Granulometría de agregado fino Granulometría de agregado grueso Análisis de resultados Estudio de Mezclas de Morteros y Concreto fluido Fabricación y Ensayo de Mezclas de Mortero de Pega Fabricación y Ensayo de Mezclas de Mortero de Relleno Fabricación y Ensayo de Mezclas de Concreto fluido Análisis de resultados Análisis de resultados de cubos de mortero de pega Análisis de resultados de prismas de mortero de relleno Análisis de resultados de prismas de concreto fluido Análisis comparativo de resultados Requerimientos de Norma Especial para Diseño y Construcción de Viviendas (NEDCV) Comparación de resultados con NEDCV de Conclusiones y Recomendaciones ETAPA II: Prismas de Mampostería Introducción Compresión Simple (PCS) Compresión diagonal (PCD) Adherencia por flexión Adherencia por cortante i

9 2.6 Cortante directo Conclusiones y recomendaciones ETAPA III-A Análisis de demanda sísmica y capacidad estructural del sistema de mampostería de bloque de concreto con refuerzo integral sujeta a cargas laterales Introducción Objetivos Cálculo de la demanda sísmica en el plano Fuerza Cortante Rigidez de paredes en cada dirección Excentricidades Distribución de Fuerzas Cortantes Capacidad estructural en el plano Descripción de los modelos a escala Modelo MS Modelo MA Modelo MA Comportamiento Histérico y envolvente de análisis de modelos ensayados bajo carga paralela al plano Modelo MS Modelo MA Modelo MA Identificación de puntos importantes en el comportamiento de los modelos ensayados bajo carga paralela al plano Modelo MS Modelo MA Modelo MA Análisis de resultados Degradación de Rigidez en el comportamiento de los modelos bajo carga paralela al plano Modelo MS Modelo MA ii

10 Modelo MA Análisis del mecanismo de falla de los modelos ensayados con carga paralela a su plano Modelo MS Modelo MA Modelo MA Conclusiones del comportamiento estructural en el plano Recomendaciones del comportamiento estructural en el plano ETAPA III-B Análisis de demanda sísmica y capacidad estructural del sistema de mampostería de bloque de concreto con refuerzo integral sujeta a cargas fuera de su plano Introducción Objetivos Cálculo de la demanda sísmica fuera del plano Fuerza Cortante Demanda sísmica de momentos Capacidad estructural fuera del plano Descripción del modelo MA Comportamiento Histérico y envolventes de análisis de modelos ensayados con carga perpendicular al plano Identificación de puntos importantes en el comportamiento del modelo en los modelos ensayados bajo carga fuera al plano Degradación de Rigidez en el comportamiento del modelo bajo carga fuera del plano Análisis del mecanismo de falla del modelo ensayados con carga fuera a su plano Pared frontal Pared Lateral Pared Lateral Conclusiones del comportamiento estructural fuera del plano Recomendaciones del comportamiento estructural fuera del plano CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES iii

11 iv

12 INDICE DE FIGURAS Figura 1. 1 Gráfico del análisis granulométrico de la arena Figura 1. 2 Gráfico de la granulometría con la especificación de agregado para concreto fluido de mampostería para agregado grueso de tamaño No. 89 ASTM C Figura 1. 3 Análisis granulométrico de la arena. Especificación ASTM C Figura 1. 4 Análisis granulométrico de la Chispa Figura 1. 5 Proceso de fabricación de cubos de mortero de pega Figura 1. 6 Ensayo de cubos elaborados con mezclas de mortero de pega y cubos fallados después del ensayo Figura 1. 7 Fabricación y ensayo de prismas de mortero de relleno Figura 1. 8 Fabricación y ensayo de prismas de concreto fluido Figura 1. 9 Esfuerzo de compresión en proporciones de mortero de pega Figura Esfuerzos promedios de cada proporción Figura Esfuerzo de compresión en proporciones de mortero de relleno Figura Esfuerzos promedios de cada proporción Figura Esfuerzo de compresión en proporciones de concreto fluido Figura Esfuerzos promedios de cada proporción Figura Comparación de resultados de mezcla de mortero de pega con requerimiento de NEDCV Figura Comparación de resultados de mezcla de mortero de relleno con requerimiento de NEDCV Figura Comparación de resultados de mezcla de concreto fluido con requerimiento de NEDCV Figura 2. 1 montaje de ensayo de compresión simple Figura 2. 2 Resistencias promedios de prismas a compresión simple Figura 2. 3 Módulos de elasticidad promedios de prismas a compresión simple Figura 2. 4 Ensayo de compresión diagonal Figura 2. 5 Falla de compresión diagonal a) prisma con bloque solera y b) con bloque estándar Figura 2. 6 Resistencia a corte diagonal de especímenes Figura 2. 7 Módulos de elasticidad por cortante Figura 2. 8 Montaje de ensayo a flexión de prismas Figura 2. 9 Módulo de ruptura prismas adherencia por flexión Figura Ensamble de ensayo adherencia por flexión Figura Esfuerzo Promedio de Adherencia por corte Figura Ensamble de ensayo por corte directo Figura Modos de falla general para especímenes Figura Resistencias promedios en corte directo v

13 Figura 3. 1 Eje A con subdivisión para análisis de rigideces Figura 3. 2 Geometría de modelo MS Figura 3. 3 Geometría de modelo MA Figura 3. 4 Geometría de modelo MA Figura 3. 5 Curva de Histéresis modelo MS Figura 3. 6 Curva de histéresis y envolventes modelo MS Figura 3. 7 Curva de histéresis y envolvente modelo MA Figura 3. 8 Curva de histéresis y envolvente de esfuerzos efectivos MA Figura 3. 9 Curva de histéresis y envolvente de carga modelo MA Figura Curva de histéresis y envolvente de esfuerzos efectivos modelo MA Figura Curva de histéresis y puntos importantes modelo MS Figura Curva de histéresis y puntos importantes modelo MA Figura Curva de histéresis y puntos importantes modelo MA Figura Envolvente positiva y puntos importantes todos los modelos Figura Curva envolvente del sistema Figura Degradación de rigidez normalizada modelo MS Figura Degradación de rigidez normalizada modelo MA Figura Degradación de rigidez normalizada modelo MA Figura Estado de daño modelo MS1, punto de agrietamiento Figura Estado de daño modelo MS1, punto de fluencia Figura Estado de daño modelo MS1, Carga máxima Figura Primera grieta significativa MA Figura Grietas por corte modelo MA Figura Estado final de daño modelo MA Figura Ubicación de acero de refuerzo y strain gauges que fluyeron modelo MA Figura Curva de histéresis con fluencia de aceros Figura Estado de daño, modelo MA2, primer agrietamiento Figura Estado de daño, modelo MA2, degradación significativa de rigidez Figura Punto de agrietamiento, modelo MA2, carga máxima Figura Curva de capacidad propuesta del sistema Figura 4. 1 Fachada de prototipo de vivienda Figura 4. 2 Modelo de placa Figura 4. 3 Geometría de modelo MA Figura 4. 4 Pared lateral 1 de MA Figura 4. 5 Pared lateral 2 de MA Figura 4. 6 Curva histerética y envolvente de modelo MA Figura 4. 7 Curva histerética y puntos importantes de MA Figura 4. 8 Curva de degradación de rigidez MA Figura 4. 9 Inicio de daño en pared frontal de MA Figura Daño final de pared frontal MA vi

14 Figura Inicio de daño en pared lateral Figura daño final en pared lateral Figura Inicio de daño en pared lateral 3 de MA Figura Daño final en pared lateral Figura Ubicación de strain gauges que alcanzaron la fluencia en pantalla frontal Figura Ubicación de strain gauges que alcanzaron la fluencia en pared lateral Figura Ubicación de strain auges que alcanzaron la fluencia en pared lateral Figura Gráfico de momentos en la base para los puntos más importantes de MA Figura Gráfico de momentos en la base para los puntos más importantes de MA vii

15 viii

16 i. Introducción. La construcción de viviendas de un nivel denominadas de interés social, con área de construcción máxima de 50 m2 es común en nuestro país y utilizada por diversas instituciones para disminuir el déficit habitacional con tendencia creciente las últimas dos décadas. Aún con el inminente crecimiento de la construcción de un nivel y con los acontecimientos sísmicos registrados en la última década, nuestros reglamentos de construcción, especialmente los que se refieren a la vivienda, no han sufrido ningún cambio que sea sinónimo de mejoramiento de requerimientos técnicos, siendo las últimas versiones La Norma Técnica de Diseño y Construcción Estructural de Mampostería de 1994 y La Norma Especial para Diseño y Construcción de Viviendas de Como consecuencia de lo antes expuesto, se crea el proyecto Taishin en su fase inicial denominada Mejoramiento de la Tecnología para la Construcción y Difusión de la Vivienda Popular Sismo-resistente, auspiciado por el gobierno de Japón bajo la Agencia de Cooperación Internacional del Japón, JICA por sus siglas en inglés, con asesoría de expertos Mejicanos y Japoneses. Esta fase tuvo como principales objetivos investigar aspectos fundamentales del comportamiento sísmico de los sistemas constructivos que comúnmente se usan en nuestro país, tales como el adobe tradicional, mampostería confinada y mampostería reforzada usando bloque de concreto con refuerzo integral, y otros como el bloque panel, el cual es un sistema que fue importado después de los sismos del Para la mampostería reforzada, se investigó en el bloque de concreto con refuerzo integral, evaluando propiedades mecánicas de ensamblajes de mampostería sometiéndolos a cargas para conocer su resistencia a compresión simple, compresión diagonal y flexión pura. Además se construyeron cinco paredes sin agujeros para someterlas a acciones en su plano y así conocer su comportamiento y resistencia a cortante. También se construyó una pared en forma de U y se sometió a acciones perpendiculares a la pared principal, con la intención de conocer su comportamiento y resistencia fuera del plano, comportamiento a flexión. Los seis modelos anteriores fueron construidos con bloque de 10cm de espesor, refuerzo según norma vigente que consiste en varillas N 3 a cada 60cm en la dirección vertical y varillas N 2 a cada dos hiladas como refuerzo horizontal, ambas grado 60. La solera de fundación y solera de coronamiento, fueron construidas con concreto reforzado de resistencia 210kgf/cm 2. La carga aplicada Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 1

17 fue cíclica reversible y los resultados de esta investigación se pueden encontrar en un documento técnico de la primera fase del proyecto Taíshin. Con la necesidad de actualizar las normas vigentes y teniendo en cuenta los datos iniciales para el sistema de bloque de concreto con refuerzo integral de la fase inicial, se da continuidad al proyecto Taishin en una segunda fase, dedicada de forma especial a profundizar en las investigaciones anteriores y dar insumos técnicos para actualización y/o creación de la norma de viviendas para un nivel. Es así como se planifica la investigación de bloque de concreto, esta vez considerando los requerimientos mínimos de resistencia establecidos en la propuesta de norma del 2004, con el objetivo de estudiar una vivienda estructuralmente segura y que se vuelva económicamente accesible para la población. El presente documento contiene la síntesis de la investigación realizada al sistema de bloque de concreto con refuerzo integral para viviendas de un nivel, utilizando bloque de concreto de 10cm de espesor, acero de refuerzo grado 40, mortero de pega hecho a base de cemento de albañilería, mortero de relleno para el llenado de celdas con refuerzo y bloque solera de 10cm de espesor para el cargadero de puertas y ventanas, repisa de ventanas y solera de coronamiento con bloque solera de 15cm de espesor. La investigación se diagramó en tres etapas: ETAPA I: Dedicada a la investigación de las proporciones de mezclas óptimas de mortero de pega, mortero de relleno y concreto fluido (grout) para obtener la proporción que genera la resistencia mínima establecida en la propuesta del 2004, esto como solicitud particular del Viceministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano (VMVDU). Se fabricaron seis especímenes para cada proporción, y se estudiaron tres proporciones para el mortero de pega, tres proporciones para el mortero de relleno y cuatro proporciones para el concreto fluido. La proporción de cada mezcla que más se ajuste al requerimiento mínimo es la que se utiliza para construir los prismas de la etapa II. Importante mencionar que para este tipo de mezcla se utilizó cemento de albañilería. ETAPA II: Se enfoca en el estudio del comportamiento entre las mezclas de relleno, mortero de relleno y concreto fluido en conjunto con las unidades de mampostería, así como en el estudio de la mampostería cuando se usa bloque solera para colocar acero de refuerzo, ya sea refuerzo continuo entre hiladas o en los cargaderos y repisas, o incluso para construir la solera de coronamiento. Para lograr esta meta, se planificaron ensayos como compresión simple, compresión diagonal, adherencia por flexión, adherencia por corte y cortante directo. Se construyeron seis especímenes para cada tipo de ensayo, en algunos se utilizó mortero de relleno y otros concreto fluido para el llenado de celdas. 2 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

18 También se consideró colocar varillas de refuerzo en algunos ensayos para cuantificar su aporte a la resistencia total del espécimen. Así, en total se construyeron, ensayaron y analizaron 181 prismas. De los resultados obtenidos se decide usar un tipo de mezcla con determinada proporción para la construcción de las paredes de la etapa III. ETAPA III: Consiste en el análisis del binomio Capacidad-Demanda Sísmica para el sistema de bloque de concreto con refuerzo integral. La capacidad se establece por medio del ensayo de cuatro paredes, tres sujetas a cargas en su plano, de las cuales una es sólida, otra con agujero de puerta y otra con agujero de puerta y ventana; la cuarta pared es un modelo en U construido con paredes laterales que poseen agujeros de puerta, una exactamente en la esquina como comúnmente se construye y la otra con el agujero de puerta a 60cm de la esquina, como lo requiere nuestra norma vigente. Las cuatro paredes se construyeron y ensayaron en el Laboratorio de Estructuras Grandes (LEG) utilizando las proporciones encontradas en la etapa I para el mortero de pega y mortero de relleno, que fue el utilizado para el llenado de las celdas. El acero de refuerzo utilizado fue con la separación máxima, vertical y horizontal, que genera la cuantía mínima en ambas direcciones; esto es varilla N 3 a cada 60cm como refuerzo vertical y varilla N 2 a cada 60cm como refuerzo horizontal. Los cargaderos de puertas y ventanas, repisa de ventana y solera de coronamiento, fueron construidos con bloque solera. La demanda sísmica se determina a partir del análisis teórico de un tipo de vivienda modelo que construye el VMVDU, sometiéndola a cargas sísmicas según nuestro reglamento. Posteriormente, la capacidad y la demanda sísmica son comparadas para evaluar si el sistema tiene la capacidad suficiente para absorber la demanda sísmica. ii. Objetivo general. Evaluar la capacidad estructural de la mampostería reforzada de bloque de concreto con refuerzo integral por medio de ensayos de laboratorio, así como la demanda sísmica a la que una vivienda construida con este sistema es sujeta en condiciones reales, para posteriormente ser comparadas y poder dar insumos técnicos para crear una norma para viviendas de un nivel. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 3

19 iii. Objetivos específicos. a. Determinar la proporción óptima para las mezclas de mortero de pega, mortero de relleno y concreto fluido que generen las resistencias mínimas que exige la norma de vivienda vigente. b. Conocer las propiedades mecánicas de la mampostería por medio de ensayos a ensamblajes sujetos a cargas para conocer su capacidad a compresión simple, compresión diagonal, flexión pura, adherencia por corte y por flexión. c. Evaluar la capacidad estructural de la mampostería reforzada de bloque de concreto con refuerzo integral, cuando se construye con mezclas que alcanzan la resistencia mínima permitida. d. Conocer el comportamiento de paredes sujetas a cargas cíclicas reversibles aplicadas en su plano, cuando en éstas se incluyen agujeros para puertas y ventanas. e. Conocer el comportamiento de paredes sujetas a cargas cíclicas reversibles aplicadas fuera de su plano, cuando en éstas se incluyen agujeros para en las paredes de soporte lateral. f. Cuantificar reducciones en rigidez y resistencia del sistema cuando se incluyen agujeros para puertas y ventanas. iv. Alcances y limitaciones. Esta investigación pretende brindar información técnica del comportamiento del sistema de bloque de concreto con refuerzo integral para la construcción de viviendas de un nivel cuya área de construcción sea menor de 50 m 2 y construida bajo los requerimientos mínimos según propuesta de norma del Para establecer la capacidad estructural del sistema, se construyeron solamente 4 paredes, tres para aplicarles cargas en su plano y otra para estudios fuera de su plano. Aun considerando los seis modelos estudiados en la fase uno de este proyecto, estadísticamente la cantidad de paredes no es suficiente para poder dar datos confiables sobre la resistencia o comportamiento en general para este sistema. Sin embargo, los valores brindados en este documento servirán como parámetros para futuras investigaciones que incluyan otras variables no consideradas en este documento. Los resultados obtenidos y que se presentan en este documento, son válidos únicamente para las características constructivas empleadas en esta investigación, tales como la calidad del acero de refuerzo, bloque de concreto, mezclas de relleno, materiales cementantes, agregados gruesos y finos, entre otros. 4 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

20 ETAPA I: Mezclas y Materiales Introducción. Se muestran los ensayos realizados y resultados obtenidos en la etapa de análisis de materiales granulares y mezclas de mortero de pega, mortero de relleno y concreto fluido que comúnmente se utilizan para construir viviendas de mampostería de bloque de concreto con refuerzo integral, considerando principalmente viviendas de interés social, las cuales están siendo estudiadas dentro del proyecto TAISHIN fase II. Esta etapa de estudio de mezclas consiste en encontrar las dosificaciones que permitan trabajar con los mínimos requerimientos de resistencia a compresión sugeridos en la Propuesta de Norma para Vivienda del año 2004 (Norma Especial de Diseño y Construcción de Viviendas, NEDCV-2004). Estos requerimientos mínimos de resistencia son, 75 kg/cm 2 para el Mortero de Pega, y 125 kg/cm 2 para el Mortero de Relleno y concreto fluido. Lo anterior busca reducir el costo de las construcciones con bloque de concreto, al trabajar con los requerimientos mínimos de resistencia establecidos y al mismo tiempo garantizar la seguridad estructural, lo cual es un punto importante cuando se habla de Vivienda de Interés Social. Se presenta todo lo relacionado con la construcción, desarrollo de ensayos y análisis de resultados de 60 especímenes en total para las tres mezclas mencionadas, 18 cubos de 2 pulgadas para el mortero de pega, 18 prismas de 3.5x3.5x7 pulgadas para mortero de relleno y 24 similares con concreto fluido o grout. Las cantidades anteriores son para tres proporciones por cada mezcla, 6 especímenes por proporción y solo en el caso del concreto fluido se trabajó con 4 proporciones. De forma general, el informe contiene las granulometrías de los agregados finos y gruesos usados en las mezclas, descripción de los ensayos realizados a las mezclas, para luego presentar resultados y finalmente se brinda un análisis comparativo que permite listar una serie de conclusiones y recomendaciones. Es importante destacar que de este análisis de resultados se definirá una dosificación por cada una de las mezclas antes mencionadas, las cuales se utilizarán en la etapa de Estudio del bloque solera de 10cm, Estudio comparativo entre concreto fluido y mortero de relleno y ensayos de modelos de pared a escala natural Estudio de agregados finos y gruesos. Este estudio se realiza para verificar la composición granular de los materiales a utilizar en la fabricación de mezclas con diferentes proporciones. Para esta etapa se contemplan agregados gruesos y finos. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 5

21 1.2.1 Granulometría de agregado fino. Considerando las especificaciones de mortero para las unidades de mampostería (ASTM C ) para uso en la construcción de unidades de mampostería reforzadas y no reforzadas, se pueden considerar dos alternativas para su selección: I. Especificaciones por proporción. II. Especificaciones por propiedades. Estas dos especificaciones cubren cuatro tipos de mortero, en la cual la Tabla 1.1 especifica los requerimientos por proporción y en la Tabla 1.2 se especifican los requerimientos que deben cumplir los morteros especificados por propiedades. Tabla 1. 1 Especificaciones de requerimientos por proporción (Tomada de normas ASTM C ). Mortero Tipo Cemento Portland o cemento mezclado Cemento para mortero Cemento de mampostería Limo Hidratado o macilla de limo Proporción de agregados (medidos en condiciones húmedas y suelto) M S N M S N M 1 1/4 Limo - Cementante S 1 entre 1/4 a 1/2 N 1 entre 1/2 a 1 1/4 Cemento de mortero cemento de mampostería O 1 entre 1 1/4 a 2 1/2 M 1 1 M 1 S 1/2 1 S 1 N 1 O 1 M 1 1 M 1 S 1/2 1 S 1 N 1 O 1 No menos de 2 1/4 y no más de 3 veces la suma de los materias cementantes 6 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

22 Tabla 1. 2 Especificaciones de requerimiento por propiedades (Tomada de normas ASTM C ). Mortero Tipo Resistencia a compresión mínima promedio a los 28 días, psi (MPa) Retención de agua mínima, % Contenido de aire máximo, % Proporción de agregados (medidos en condiciones de humedad y suelto) M 2500 (17.2) Limo - cementante S 1800 (12.4) N 750 (5.2) O 350 (2.4) Cemento de mortero M 2500 (17.2) S 1800 (12.4) N 750 (5.2) O 350 (2.4) No menos de 1 1/4 y no más de 3 1/2 la suma de los volúmenes separados de materiales cementantes M 2500 (17.2) Cemento de mampostería S 1800 (12.4) N 750 (5.2) O 350 (2.4) Los requerimientos de agregados para mortero deben cumplir con las especificaciones de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (American Society for Testing and Material, ASTM), C-144 Especificaciones Estándar para Agregado para Morteros de Mampostería. El agregado para uso en morteros de mampostería consiste en arena natural o arena manufacturada. La arena debe estar graduada de acuerdo a los siguientes límites dependiendo si es natural o manufacturada: Tabla 1. 3 Especificación de graduación de arena para mortero. Porcentaje que pasa Número de malla Arena natural manufacturada mm (No. 4) mm (No. 8) 95 a a mm (No. 16) 70 a a m (No. 30) 40 a a m (No. 50) 10 a a m (No. 100) 2 a a m (No. 200) 0 a 5 0 a 10 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 7

23 La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos en la prueba de granulometría realizada en la arena que se utilizó en el desarrollo de esta investigación. MALLA PESO RETENIDO (grs.) Tabla 1. 4 Análisis granulométrico de la arena. % RETENIDO PARCIAL % RETENIDO APROX. % ACUMULADO % ACUMULADO QUE PASA 1/ / No No Nº Nº Nº Nº PASA Nº Suma Peso inicial: gr. La siguiente gráfica muestra la distribución granulométrica. T AMAÑO MAL L A U.S. S T ANDAR D % P AS A E N P E S O TAMAÑO GRANO EN MM. Figura 1. 1 Gráfico del análisis granulométrico de la arena. 8 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

24 1.2.2 Granulometría de agregado grueso. Según La especificación ASTM C-476 referente al concreto fluido de mampostería, para seleccionar el agregado para la construcción de estructuras de mampostería, se pueden considerar dos opciones: I. Especificación por proporción. II. Especificación por requerimientos de esfuerzo. El tipo de Concreto fluido puede ser especificado como Fino o Grueso. El concreto fluido fino será fabricado con agregado fino, en cambio el Concreto fluido Grueso es fabricado con una combinación de agregado grueso y agregado fino. El Concreto fluido por proporción puede ser determinado por uno de los siguientes métodos: 1. Requisitos por proporción y establecidos en la Tabla 1.5 Tabla 1. 5 Proporciones de concreto fluido por volumen. Tipo Partes por volumen de cemento portland o cemento mezclado Partes por volumen de limo hidratado o limo en macilla Agregados medidos en condiciones húmedas y sueltos Fino Grueso Concreto fluido fino 1 0-1/10 2 1/4 a 3 veces la suma de los volúmenes de materiales cementantes Concreto fluido grueso 1 0-1/10 2 1/4 a 3 veces la suma de los volúmenes de materiales cementantes 1 a 2 veces la suma de los volúmenes de materiales cementantes 2. Especificado por esfuerzos de compresión. Esta proporción se establece con el ensayo a compresión a los 28 días de acuerdo a la norma C-1019 de la ASTM. El Concreto fluido deberá tener un asentamiento entre 8 y 11 de acuerdo al método C143/ C143M y tener una resistencia a la compresión mínima de 2000 psi a los 28 días. El agregado debe de cumplir con la especificación ASTM C- 404 El agregado fino para concreto fluido puede consistir de arena natural o arena manufacturada, usándose sola o en combinación de agregado grueso. La graduación del agregado debe ser conforme a los requerimientos dados en la Tabla 1.6. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 9

25 Tabla 1. 6 Requerimientos de graduación. Cantidad de finos que cada laboratorio tamiza (en aberturas cuadradas), peso en % Agregado Fino Agregado grueso Malla Tamaño No. 1 Tamaño No. 2 Natural Manufacturada Tamaño No. 8 Tamaño No mm (1/2-in) mm (3/8-in) a a mm (No. 4) 95 a a a mm (No. 8) 80 a a a a 10 5 a mm (No. 16) 50 a a a a 5 0 a mm (No. 30) 25 a a a 75 0 a mm (No. 50) 10 a a a mm (No. 100) 2 a 10 2 a a mm (No. 200) 0 a 5 0 a 5 0 a 10 Los agregados con otra graduación diferentes a las especificadas en la Tabla 1.6 son permitidas si cumple con los siguientes requisitos: Si el 100% del agregado fino pasa el tamiz de 3/8 y no más del 5% de la arena natural o el 10% de la arena manufacturada pasa el tamiz No Si el 100% del agregado grueso pasa el tamiz de ½ y no más del 5% pasa el tamiz No. 30. En la siguiente tabla se muestran los resultados del análisis granulométrico de la grava fina (chispa), mientras que en la figura 1.2 se observan los mismos resultados de forma gráfica. 10 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

26 Tabla 1. 7 Análisis granulométrico de material para concreto fluido (Chispa). PESO % % % MALLA RETENIDO RETENIDO RETENIDO ACUMULADO (GRS.) PARCIAL APROX. ACUMULADO QUE PASA No 1 No 1/ No 3/ No No Nº Nº Nº Nº No pasa la No Sumatoria: Peso inicial: 1120 gr. T AMAÑO MAL L A U.S. S T ANDAR D 100 1/2" 3/8" No 4 No 8 No 16 No 30 No 50 No 100 No % P AS A E N P E S O TAMAÑO G R ANO E N MM. Figura 1. 2 Gráfico de la granulometría con la especificación de agregado para concreto fluido de mampostería para agregado grueso de tamaño No. 89 ASTM C-404. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 11

27 1.2.3 Análisis de resultados. Observando el gráfico con las especificaciones se puede observar que el rango de tamaños del tamiz No.4 y 3/8 se salen de los límites en la parte inferior. Esto se puede mejorar si descartamos todo lo retenido en el tamiz No.4, con lo cual la arena cumpliría con los límites de la especificación. En el resto del gráfico la arena cumple con la especificación. Además, la muestra de arena analizada debe de cumplir con los siguientes requisitos: El material no deberá retener más del 50% entre dos mallas consecutivas. No debe retener más del 25% entre las mallas No.50 y la No.100. Si el módulo de finura varía en más de 0.20 de los valores asumidos en la proporción seleccionada para el mortero, el agregado será ajustado para compensar los cambios de graduación. Cuando el agregado no cumple con los límites de las especificaciones de graduación. Estos pueden ser usados toda vez que el mortero cumpla con las propiedades de la especificación ASTM C-270, retención de agua y esfuerzos de compresión. T AMAÑO MAL L A U.S. S T ANDAR D 1/2" 3/8" No 4 No 8 No 16 No 30 No 50 No 100 No % P AS A E N P E S O E s pecific ac ión A S TM C TAMAÑO GRANO EN MM. Figura 1. 3 Análisis granulométrico de la arena. Especificación ASTM C-144. La gráfica granulométrica de la grava fina analizada se muestra en la siguiente figura junto con los límites establecidos por norma: 12 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

28 100 E S P E C IF IC AC ION G RANUL O ME T RIC A D E C HIS P A AS T M C /2 3/8" No4 No8 No 16 No 30 No 50 No 100 No % P AS A E N P E S O TAMAÑO GRANO EN MM. Figura 1. 4 Análisis granulométrico de la Chispa. Comparando la curva granulométrica del agregado analizado con las especificaciones, este material no cumple con los requisitos de graduación de la ASTM C-404 por lo que es de considerar el apartado 4 con respecto a la graduación, considerados en la misma norma y evaluar el Concreto fluido elaborando especímenes para evaluar su resistencia de acuerdo a lo especificado en la norma C- 476 en el apartado Estudio de Mezclas de Morteros y Concreto fluido. En este apartado se estudia la resistencia a compresión simple de especímenes fabricados con mortero de relleno y con concreto fluido, seis especímenes por cada proporción a ensayar. Tal como se explica a continuación, fueron tres proporciones para la mezcla de mortero de relleno y cuatro para el concreto fluido. Fabricación y Ensayo de Mezclas de Mortero de Pega. Para la fabricación del mortero de pega se empleó cemento de mampostería, arena lavada en laboratorio y agua, mezclados en diferentes dosificaciones. Para cada dosificación se elaboraron cubos de mortero de dimensiones nominales de 2x2x2 pulgadas siguiendo la norma ASTM C270, y durante el proceso de fabricación se registraron los valores de fluidez y retención de agua para las mezclas bajo los procesos descritos en las normas ASTM C1437. La Tabla 1.8 muestra las dosificaciones estudiadas, los datos de fluidez para cada dosificación y el número de cubos elaborados. La figura 1.5 ilustra el proceso de fabricación en laboratorio. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 13

29 Tabla 1. 8 Dosificaciones de mezclas de mortero. Dosificación* Fluidez Retención de Cantidad de cubos (%) agua (%) fabricados 1: (muestras M1-M6) 1: (muestras M7-M12) 1: (muestras M13-M18) *El 1er número designa la cantidad de cemento; y el segundo la cantidad de arena, tomado como el número de partes de arena por parte de cemento. Figura 1. 5 Proceso de fabricación de cubos de mortero de pega. Las dosificaciones presentadas en la Tabla 1.8 fueron elegidas con el objetivo de tratar de encontrar aquella que satisfaga el requerimiento mínimo de resistencia a compresión según la propuesta de norma NEDCV-2004, el cual es 75kg/cm 2 para morteros de pega. Para el ensayo de los cubos se tomó de referencia la norma ASTM C 109. En la figura 1.6 se muestra el ensayo en laboratorio, el cual fue realizado en los cubos a los 28 días. Figura 1. 6 Ensayo de cubos elaborados con mezclas de mortero de pega y cubos fallados después del ensayo. 14 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

30 1.3.2 Fabricación y Ensayo de Mezclas de Mortero de Relleno. La propuesta de norma para vivienda NEDCV-2004 permite utilizar Mortero de Relleno (cemento y arena) en lugar del tradicional Concreto fluido (cemento, arena y grava) para el relleno de celdas de bloques de 10cm de espesor. El mortero de relleno debe tener la misma fluidez que el Concreto fluido, y su uso permitiría un mejor llenado de las celdas y recubrimiento del acero de refuerzo vertical debido a que no se usa agregado grueso, lo que reduciría el riesgo de colmenas cuando se usa bloque de 10 cm. Para la fabricación del mortero de relleno se utilizó cemento Portland tipo GU, arena y agua, todos mezclados en diferentes dosificaciones. En la Tabla 1.9 se presentan las dosificaciones de mezcla estudiadas, los revenimientos obtenidos en cada dosificación y el número de especímenes elaborados. Los especímenes de prueba consisten en prismas con dimensiones nominales de 3.5x3.5 pulgadas de área transversal y con una altura de 7 pulgadas, fabricados y ensayados a los 28 días según norma ASTM C1019. Tabla 1. 9 Dosificaciones de mezclas de mortero de relleno estudiadas. Dosificación* Revenimiento Cantidad de especímenes (pulgadas) fabricados 1:4 8 ¼ 6 (MR1 MR6) 1:5 8 ¼ 6 (MR7 MR12) 1:6 9 6 (MR13 MR18) *El 1er número designa la cantidad de cemento; y el segundo la cantidad de arena, tomado como el número de partes de arena por parte de cemento. Nuevamente las dosificaciones presentadas en la Tabla 1.9 fueron elegidas con el objetivo de tratar de encontrar aquella que satisfaga el requerimiento mínimo de resistencia a compresión según la propuesta de norma NEDCV-2004, el cual es 125kg/cm 2 para morteros de relleno y concreto fluido. Por otro lado, es importante mencionar que la dosificación 1:3 no se estudió, ya que en la fase I de TAISHIN se usó para morteros de pega elaborados con cemento Portland tipo GU, alcanzándose resistencias de hasta 200 kg/cm 2, lo cual da una idea general de la resistencia de esta dosificación en morteros. En la Figura 1.7 se ilustra la fabricación de los prismas de mortero de relleno, así como un prisma luego de ser ensayado a compresión simple en la máquina universal. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 15

31 Figura 1. 7 Fabricación y ensayo de prismas de mortero de relleno Fabricación y Ensayo de Mezclas de Concreto fluido. Para la fabricación del Concreto fluido se utilizó Cemento Portland GU, arena, grava N 8 (chispa) y agua, todos mezclados en diferentes dosificaciones. En la Tabla 1.10 se presentan las 4 dosificaciones estudiadas, los revenimientos obtenidos en cada dosificación y el número de especímenes elaborados. Los especímenes de prueba consisten en prismas con dimensiones nominales de 3.5x3.5 pulgadas de área transversal y con una altura de 7 pulgadas, fabricados y ensayados a los 28 días según norma ASTM C1019. Tabla Dosificaciones de mezclas de concreto fluido. Dosificación* Revenimiento (in) cantidad de especímenes fabricados 1:3:2 9 ½ 6 (GR1 GR6) 1:4:1 9 6 (GR7 GR12) 1:4:2 9 ¼ 6 (GR13 GR18) 1:5:1 9 ¾ 6 (GR19 GR24) Como se mencionó en apartados anteriores, las dosificaciones presentadas en la Tabla 1.10 fueron escogidas para satisfacer el requerimiento mínimo de resistencia a compresión para el Concreto fluido sugerido en la propuesta de Norma de Vivienda del 2004 (NEDCV-2004), el cual es 125kg/cm 2. La figura 1.8 muestra la elaboración de los prismas de Concreto fluido, y un prisma luego de ser ensayado a compresión. 16 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

32 Figura 1. 8 Fabricación y ensayo de prismas de concreto fluido Análisis de resultados. El análisis que a continuación se detalla, consta principalmente del cálculo de esfuerzos promedios de los especímenes (cubos y cilindros) ensayados, así como también de los coeficientes de variación, los cuales indican el grado de confianza de los resultados obtenidos. Además, se presentan gráficos con tendencias lineales para las diferentes proporciones, lo cual manifiesta el efecto de incrementar o reducir el material cementante. En este apartado se analizan los resultados obtenidos de muestras cúbicas de 2 pulgadas para el mortero de pega, elaborado con cemento de mampostería, muestras prismáticas de 3.5x3.5x7 pulgadas para el morteros de relleno, así como para la mezcla del concreto fluido Análisis de resultados de cubos de mortero de pega. La tabla 1.11 muestra los esfuerzos de compresión de cada espécimen, así como el esfuerzo promedio de cada proporción. De los resultados mostrados, la proporción 1:3 (cemento de mampostería: arena) es la más resistente, lo cual es un resultado esperado debido a su mayor contenido de material cementante. Los coeficientes de variación para las tres proporciones estudiadas oscilan entre 4 y 5 %, lo que indica alta confiabilidad en los resultados. La Tabla 1.11 muestra también el porcentaje de fluidez obtenidos durante la fabricación de las mezclas, las cuales se encuentran en rangos permitidos según norma ASTM. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 17

33 Tabla Resultados de compresión simple en cubos del mortero de pega. Fechas Esfuerzos Promedio Especimen Fabricacion Ensayo Edad (dias) kgf/cm 2 M1 08/02/ /03/ M2 08/02/ /03/ M3 08/02/ /03/ M4 08/02/ /03/ M5 08/02/ /03/ M6 08/02/ /03/ M7 08/02/ /03/ M8 08/02/ /03/ M9 08/02/ /03/ M10 08/02/ /03/ M11 08/02/ /03/ M12 08/02/ /03/ M13 10/02/ /03/ M14 10/02/ /03/ M15 10/02/ /03/ M16 10/02/ /03/ M17 10/02/ /03/ M18 10/02/ /03/ (kgf/cm 2 ) Desv. Estand Coef. Var Fluidez (%) Figura 1. 9 Esfuerzo de compresión en proporciones de mortero de pega. En la Figura 1.9 se puede observar la disminución del esfuerzo de compresión en la mezcla de mortero de pega a medida se incrementa el contenido de agregado fino. También se debe observar que la reducción en el esfuerzo es alta para un incremento en unidad de volumen del agregado fino (100 kg/cm 2 de diferencia entre las proporciones 1:3 y 1:4 y 30 kg/cm 2 entre la 1:4 y 1:5). Lo anterior podría ser un efecto del material cementante, el cual es cemento de mampostería. 18 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

34 La Figura 1.10 muestra con más detalle el comportamiento de la resistencia a compresión para cada una de las proporciones. Figura Esfuerzos promedios de cada proporción Análisis de resultados de prismas de mortero de relleno. El esfuerzo de compresión se establece con el ensayo a compresión a los 28 días de acuerdo a la norma C-1019 de la ASTM. En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos de los especímenes de mortero de relleno. Tabla Resultados de compresión simple en prismas del mortero de relleno. Fechas Esfuerzos Proporcion Especimen Fabricacion Ensayo Edad Revenimiento Peso volumétrico Promedio (dias) (in) (kgf/m 3 kgf/cm 2 Desv. Coef. ) (kgf/cm 2 ) Estand Var MR1 09/02/ /03/ MR2 09/02/ /03/ :4 MR3 09/02/ /03/ MR4 09/02/ /03/ MR5 09/02/ /03/ MR6 09/02/ /03/ MR7 08/02/ /03/ MR8 08/02/ /03/ :5 MR9 08/02/ /03/ MR10 08/02/ /03/ MR11 08/02/ /03/ MR12 08/02/ /03/ MR13 10/02/ /03/ MR14 10/02/ /03/ :6 MR15 10/02/ /03/ MR16 10/02/ /03/ MR17 10/02/ /03/ MR18 10/02/ /03/ Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 19

35 El Mortero de relleno al igual que el concreto fluido deberá tener un revenimiento entre 8 y 11 de acuerdo al método C143/ C143M y tener una resistencia mínima de 2000 psi ( kg/cm 2 ) a los 28 días. La Tabla 1.12 muestra que el revenimiento para el mortero de relleno es de 8.25 y 9 pulgadas para todas mezclas elaboradas. Al observar el esfuerzo promedio para las tres proporciones estudiadas, solamente la primera cumple con el requerimiento de la norma mencionada. Sin embargo, esto será discutido más adelante en el análisis comparativo. El coeficiente de variación oscila entre 2.90 y 4.73 %, reflejando alta confiabilidad de estos resultados. Figura Esfuerzo de compresión en proporciones de mortero de relleno. La Figura 1.11 muestra la resistencia a compresión de los prismas de mortero de relleno. La figura anterior como la Figura 1.12, muestran que la diferencia en esfuerzos promedios de los prismas no es tan alta cuando se usa cemento Portland tipo GU cuando se aumenta en la unidad el contenido en volumen del agregado fino (este efecto diferencial se mostró para la mezcla de mortero de pega). 20 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

36 Figura Esfuerzos promedios de cada proporción Análisis de resultados de prismas de concreto fluido. La Tabla 1.13 muestra los resultados de resistencia a compresión para las cuatro proporciones de mezclas estudiadas. El revenimiento varió entre 9.50 y 9.75 pulgadas, que está dentro del rango de 8 a 11 pulgadas, que garantiza buena manejabilidad. Tabla Resultados de compresión simple en prismas de concreto fluido. Fechas Esfuerzos Proporcion Especimen Fabricacion Ensayo Edad Revenimiento Peso volumétrico (dias) (in) (kgf/m 3 kgf/cm 2 Promedio (kgf/cm 2 Desv. Coef. ) ) Estand Var GR1 12/02/ /03/ GR2 12/02/ /03/ :3:2 GR3 12/02/ /03/ GR4 12/02/ /03/ GR5 12/02/ /03/ GR6 12/02/ /03/ GR7 11/02/ /03/ GR8 11/02/ /03/ :4:1 GR9 11/02/ /03/ GR10 11/02/ /03/ GR11 11/02/ /03/ GR12 11/02/ /03/ GR13 11/02/ /03/ GR14 11/02/ /03/ :4:2 GR15 11/02/ /03/ GR16 11/02/ /03/ GR17 11/02/ /03/ GR18 11/02/ /03/ GR19 11/02/ /03/ GR20 11/02/ /03/ :5:1 GR21 11/02/ /03/ GR22 11/02/ /03/ GR23 11/02/ /03/ GR24 11/02/ /03/ Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 21

37 La resistencia a compresión promedio supera los 100 kg/cm 2 para las primeras tres mezclas, con una diferencia relativamente menor entre ellas. La última proporción mostrada, es la que presenta menor resistencia, 76 kg/cm 2, que podría ser efecto de la relación entre los agregados y el material cementante, ya que este contiene menor agregado grueso (chispa) que las demás proporciones, en relación al contenido de arena. Los coeficientes de variación para el promedio de los esfuerzos de compresión varían entre 2.58 y 7.40 %, que también reflejan una alta confiabilidad para estos resultados. La Figura 1.13 y 1.14 muestran la resistencia a compresión para cada una de las proporciones estudiadas. Las primeras tres proporciones están muy cercanas entre sí, con valores de resistencia cercanos, mientras que la proporción 1:5:1 se encuentra separada de las demás, con un esfuerzo de compresión promedio mucho menor. Figura Esfuerzo de compresión en proporciones de concreto fluido. 22 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

38 Figura Esfuerzos promedios de cada proporción Análisis comparativo de resultados Requerimientos de Norma Especial para Diseño y Construcción de Viviendas (NEDCV). La propuesta de norma NEDCV del 2004, menciona los requerimientos de esfuerzos mínimos y de revenimientos que las mezclas de mortero de pega, morteros de rellenos y concreto fluido deben tener para garantizar un comportamiento mecánico adecuado de la mampostería como conjunto. Tabla Proporcionamiento, en volumen, recomendado para el mortero de pega y mortero de relleno. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 23

39 El capítulo 5, sección indica que el mortero de pega debe tener una resistencia a compresión mínima a los 28 días de 75 kg/cm 2. En la misma norma se indica en la sección 5.1.6, que los morteros de relleno y mezclas de concreto fluido deben presentar una resistencia a compresión mínima a los 28 días de 125 kg/cm 2. Las proporciones para fabricar las mezclas también son recomendadas por la NEDCV para las tres mezclas en consideración Comparación de resultados con NEDCV de Fueron seis los especímenes que se ensayaron para cada una de las proporciones en cada mezcla, y tal como los muestran las Tablas 1.11, 1.12 y 1.13, la variación de resultados fue baja, teniendo coeficientes de variación que varían entre 2 y 7 %, lo cual indica que los datos son estadísticamente aceptables. La Figura 1.15 muestra el gráfico de barras que representa el esfuerzo de compresión promedio para cada proporción en la mezcla de mortero de pega, se ha agregado además, una línea horizontal que indica el esfuerzo mínimo exigido por la NEDCV de Es apreciable que dos de las proporciones cumplen con el esfuerzo de compresión mínimo, siendo la proporción 1:4 la que más cerca está al valor permitido. Figura Comparación de resultados de mezcla de mortero de pega con requerimiento de NEDCV. En el caso de la mezcla de mortero de relleno, solamente la proporción 1:4 supera al esfuerzo mínimo de 125 kg/cm 2 indicado por la norma, tal como se muestra en la figura siguiente. 24 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

40 Figura Comparación de resultados de mezcla de mortero de relleno con requerimiento de NEDCV. Para el caso del concreto fluido, solo dos de las cuatro proporciones superaron el esfuerzo de compresión mínimo permitido. Estas son, la proporción 1:3:2 y la 1:4:1. Figura Comparación de resultados de mezcla de concreto fluido con requerimiento de NEDCV. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 25

41 1.5. Conclusiones y Recomendaciones. Para el Mortero de Pega (MP), en base a los requerimientos de resistencia mínima de la propuesta de Norma Especial de Diseño y Construcción de Viviendas del 2004 (NEDCV 2004) y los resultados obtenidos, la proporción a usar en la siguiente etapa de investigación es la 1:4, con la que se obtuvo una resistencia promedio de 100 kg/cm 2, fluidez promedio de 112% y un coeficiente de variación de 4.11%. Para el Mortero de Relleno (MR), solamente la proporción 1:4 cumple con los requerimientos de la NEDCV del Por tal razón, será ésta la que continuará siendo evaluada como opción de mezcla para el relleno de celdas. Para las mezclas de concreto fluido, dos proporciones cumplen los requerimientos de la NEDCV del 2004, siendo estas la 1:3:2 y 1:4:1 (Cemento: Arena: Chispa). Sin embargo, la primera presenta la resistencia menor entre ambas y será la que continuará siendo evaluada. Los especímenes utilizados para las tres mezclas estudiadas, fueron fabricados con arena y chispa de un mismo banco de materiales, por lo que no se garantiza obtener los mismos resultados cuando se realicen ensayos de especímenes fabricados con materiales de otros bancos. Realizar más ensayos para verificar que las mezclas propuestas cumplen con lo requerido por la propuesta de norma de 2004, pues en campo la condición de mano de obra, proceso de elaboración, volumen de mezcla y materiales no se mantiene en condiciones controladas como en esta investigación. 26 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

42 ETAPA II: Prismas de Mampostería. 2.1 Introducción. A continuación se presentan los resultados obtenidos de ensayos realizados a prismas de mampostería de bloque de concreto con espesor de 10cm. Los ensayos fueron desarrollados con el objetivo de conocer propiedades mecánicas de la mampostería como: resistencia a compresión simple, cortante diagonal, adherencia por flexión y cortante, y cortante directo. Para el llenado de los huecos de las celdas, en esta investigación se han utilizado dos mezclas, mortero de relleno (MR) con proporción 1:4 (cemento: arena) y concreto fluido (GR) con proporción 1:3:2 (cemento: arena: chispa). El resultado del análisis comparativo de estas mezclas indicará la mezcla que se usará para construir las paredes en la etapa III de esta investigación. El mortero de pega utilizado tiene una proporción de 1:4 (cemento de mampostería: arena), tal como se concluyó en la etapa anterior. En algunos ensayos también se incluyó el acero de refuerzo, colocando una varilla N 3 para que trabajara a flexión o sujeta a fuerzas cortantes. Además, se realizó una investigación paralela para conocer propiedades mecánicas de la mampostería cuando se usa bloque solera para colocar el refuerzo horizontal, en repisas y cargaderos, así como en la solera de coronamiento. Los ensayos realizados a prismas con bloque solera fueron: compresión diagonal, adherencia por flexión, adherencia por cortante y corte directo. Así, en general fueron tres las variables a estudiar en esta etapa: Tipo de bloque a utilizar para el refuerzo (Estándar o bloque solera), mezcla de relleno (mortero o concreto fluido) y el mortero de pega, en cual se ha empleado cemento de albañilería. 2.2 Compresión Simple (PCS). Para realizar este ensayo se construyeron 18 especímenes de 40x40cm y 10 cm de espesor, colocando dos mitades de bloques (cortados longitudinalmente), y un bloque entero según el arreglo mostrado en la figura 2.1. Además, se construyeron prismas de mampostería con las siguientes variables: Celdas llenas con mortero, celdas llenas con concreto fluido, y celdas sin rellenar. Para cada tipo se construyeron seis especímenes, tal como se muestra en la tabla 2.1. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 27

43 Tabla 2. 1 cantidad de especímenes para compresión simple. Mortero de Relleno (MR) Mezcla de Concreto fluido (G) Sin Mezcla de relleno (SR) Total 42 Figura 2. 1 montaje de ensayo de compresión simple. Los especímenes a los que no se rellenó su celda fueron construidos en diferentes etapas, ya que algunos de ellos formaron parte del control de calidad del proceso constructivo de las paredes a escala natural. Sin embargo, han sido considerados en esta etapa para comparar sus resistencias con los prismas antes construidos. Importante mencionar que en los prismas construidos junto a las paredes se utilizó un mortero de pega con proporción 1:3, diferente a la usada en la etapa II, ya que como se menciona más adelante, la resistencia a compresión de esta mezcla disminuyó al trabajar con volúmenes mayores. El coeficiente de variación obtenido en estas pruebas está en el rango de 5 al 30%, por lo que los resultados se consideran aceptables. Los resultados además, se pueden diferenciar por el uso de las mezclas de relleno, con resistencia promedio de kgf/cm 2, para los prismas cuando se usó concreto fluido, una resistencia promedio de kgf/cm 2 para los prismas con mortero de relleno, y una resistencia de kgf/cm 2 para los prismas sin mezcla de relleno. La figura 2.2 muestra la distribución de las resistencias promedios. 28 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

44 Resistencia a compresión simple Resistencia (kgf/cm2) Grout M. de Sin MS-1 MA-1 MA-2 MA-3 Rell Relleno Resistencias Figura 2. 2 Resistencias promedios de prismas a compresión simple. Además, para el cálculo de las resistencias mostradas se ha utilizado el área neta, y es por ello que el esfuerzo neto es menor para los prismas donde se rellenaron sus celdas (mayor área neta). Según se observa en los resultados los prismas rellenados con mortero de relleno, presentan un valor promedio mayor que el MS-1. Observando los resultados de los prismas de las paredes, se puede ver la variabilidad en la muestra al hacer varias mezclas, esto es importante, porque indica la variabilidad que pueden tener las mezclas, a pesar de tener condiciones controladas de laboratorio. Módulos de elasticidad (kgf/cm2) Grout Módulo de Elasticidad M. de Rell Sin Rellen o MS-1 MA-1 MA-2 MA-3 Módulos Figura 2. 3 Módulos de elasticidad promedios de prismas a compresión simple. La figura 2.3 muestra los módulos de elasticidad para cada tipo de prisma, calculados como la pendiente del tramo elástico del gráfico esfuerzo neto deformación unitaria. En la figura 2.3 se muestran los valores obtenidos para cada conjunto de especímenes, donde se puede apreciar la elevada rigidez que los prismas con mezclas de relleno adquieren, ya que prácticamente doblan en valor a los prismas sin mezcla de relleno. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 29

45 Prismas sin relleno Al igual que en la resistencia, en la práctica y para fines de diseño, se utiliza un módulo de rigidez de prismas sin rellenar sus celdas. Según la tabla 2.2 el valor promedio que se obtuvo es de 35, kgf/cm 2 para el caso de prismas sin llenado de celdas y considerando la variación obtenida de las pruebas. Tabla 2. 2 Resumen de resistencias a compresión simple. PRISMAS s (kgf/cm2) C.V (%) Em (kgf/cm2) C.V Sin relleno MS MA MA MA Promedio El valor de resistencia obtenido, considerando la variabilidad de los ensayos de laboratorio es la siguiente: m / 1 2.5CV 1 2.5*12.86 /100 kgf cm El módulo de elasticidad por flexión que se obtiene es E m =35, kgf/cm 2. La Norma Técnica para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería de 1994 (NTDCEM- 1994) da lineamientos en el capítulo cinco que refiere al Diseño, sobre características mecánicas de la mampostería con refuerzo para cargas de corta duración y cargas sostenidas. En el caso de sismos, cargas de corta duración, esta normativa sugiere que * E 800 f, así, se puede verificar que los valores encontrados están en un rango m m permisible dentro de esta normativa. E f m * m 35, Prismas con concreto fluido En la siguiente tabla se muestran los resultados de los ensayos realizados a los prismas rellenos con concreto fluido y bajo esfuerzos de compresión simple. 30 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

46 Tabla 2. 3 Resumen de resistencia a compresión simple usando concreto fluido. IDENTIFICACION PCSG1 PCSG2 PCSG3 PCSG4 PCSG5 PCSG6 Carga máx de ensayo (kgf) Area bruta (cm2) Esfuerzo bruto (kgf/cm2) Resistencia promedio (kgf/cm2) Esbeltez hp/tp Factor de corrección Esfuerzo bruto corregido(kgf/cm2) Resistencia promedio corregido (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) Módulo de Elasticidad promedio (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) Considerando el coeficiente de variación, los valores de esfuerzo y la relación entre éste y el módulo de elasticidad son los siguientes: m / 1 2.5CV 1 2.5*6.80 /100 kgf cm E f m * m 74, , Prismas con mortero de relleno. Los resultados de los ensayos realizados a los prismas rellenos con mortero y bajo esfuerzos de compresión simple son los siguientes. Tabla 2. 4 Resumen de resistencia a compresión simple con mortero de relleno. IDENTIFICACION PCSMR1 PCSMR2 PCSMR3 PCSMR4 PCSMR5 PCSMR6 Carga máx de ensayo (kgf) Area bruta (cm2) Esfuerzo bruto (kgf/cm2) Resistencia promedio (kgf/cm2) Esbeltez hp/tp Factor de corrección Esfuerzo bruto corregido(kgf/cm2) Resistencia promedio corregido (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) Módulo de Elasticidad promedio (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) Considerando el coeficiente de variación, los valores de esfuerzo y la relación con el módulo de elasticidad son: Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 31

47 41.14 m / 1 2.5CV 1 2.5*20.47 /100 kgf cm 2 E f m * m 79, , Compresión diagonal (PCD). Este ensayo tiene como objetivo la determinación de la resistencia por corte que presenta la mampostería cuando está sujeta a cargas que se transmiten en su dirección diagonal, provenientes de un movimiento lateral ocasionado por sismos u otros eventos. Para desarrollar el ensayo se construyeron 54 especímenes en total, considerando variables como la mezcla de relleno (Concreto fluido y Mortero de Relleno) y el uso del estándar y bloque solera. Para determinar la influencia del uso del bloque solera, se construyeron prismas con la hilada central hecha con este tipo de bloques. La Tabla 2.5 muestra en detalle la cantidad de especímenes construidos y ensayados. Tabla 2. 5 Cantidad de especímenes por tipo ensayados por corte diagonal. Bloque Mortero de Relleno (MR) Mezcla de Concreto fluido (G) Sin Relleno (SR) Estándar Solera Total 54 El prisma construido para este ensayo debe tener una relación de aspecto aproximadamente de uno, y en este caso las dimensiones son de 60x60 cm. El prisma se construye sobre una base fija y para el momento del ensayo debe ser girado en un ángulo de 45, de tal forma que su diagonal quede en posición vertical para poder aplicar carga de forma efectiva. Para poder medir las deformaciones horizontal y vertical en cada rostro del prisma, se colocaron transductores de desplazamiento, que realizando cálculos simples brindan la deformación unitaria y deformación angular de cada rostro. La figura 2.4 muestra el ensamble del prisma antes de someterlo a cargas en su dirección diagonal. 32 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

48 Figura 2. 4 Ensayo de compresión diagonal. Al someterse a cargas en su dirección diagonal, los prismas tendieron a fallar en esa misma dirección, fracturando los bloques en la mayoría de los casos, siguiendo la sisa en otros, etc. Importante destacar que este comportamiento fue general, sin diferencias significativas entre prismas construidos con bloque estándar o con los construidos con una hilada de bloque solera, además de no mostrar diferencias cuando se usa concreto fluido o mortero de relleno para rellenar las celdas, incluso cuando no se utiliza ninguna mezcla para rellenar las celdas, tal como lo muestra la Figura 2.5. Figura 2. 5 Falla de compresión diagonal a) prisma con bloque solera y b) con bloque estándar. Al igual que en los ensayos de compresión simple, para los ensayos de compresión diagonal se construyeron especímenes en diferentes etapas, sobre todo para los especímenes en los que no se utilizó mezcla de relleno, ya que en su mayoría fueron parte del control de calidad de las cuatro paredes construidas. La figura 2.6 muestra el esfuerzo promedio neto para cada conjunto de prismas ensayados. Importante mencionar que los especímenes construidos con una hilada de Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 33

49 bloque solera presentan una resistencia mayor a los construidos con bloque estándar, seguramente por el material de relleno adicional en el bloque solera. Para las siguientes dos figuras se debe de considerar la siguiente nomenclatura: PCD para prismas a compresión diagonal utilizando solo bloque estándar sin relleno, MR y G cuando se utiliza relleno de mortero o grout (concreto fluido) respectivamente, BS cuando se utiliza una hilada de bloque solera en el prisma. Compresión diagonal corte diagonal (kgf/cm2) PCD- MR PCD- G PCD- BS-G PCD PCD- BS- MR PCD- MS1 PCD- MA1 PCD- MA2 PCD- MA3 Resistencia Figura 2. 6 Resistencia a corte diagonal de especímenes. Otro punto importante es que también hay diferencia en resistencias con los prismas sin mezcla de relleno, por lo que se puede cuantificar la contribución por corte que la mezcla brinda al sistema de mampostería. Módulos de Rigidez de por cortante Módulos de Rigidez por corte (kgf/cm2) PCD- MR PCD- G PCD- BS-G Figura 2. 7 Módulos de elasticidad por cortante. La figura 2.7 muestra el módulo de elasticidad por corte para el conjunto de prismas ensayados. Se puede apreciar que la rigidez por corte en los prismas no varía entre las PCD PCD- BS- MR PCD- MS1 PCD- MA1 PCD- MA2 PCD- MA3 Módulos Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

50 mezclas de relleno, pero que si existe diferencia significativa con los prismas sin mezcla de relleno. A continuación se presenta un análisis para cada tipo de prismas. Prismas con bloque estándar y sin mezcla de relleno. Tabla 2. 6 Resumen de resistencia a corte directo sin mezcla de relleno. PRISMAS t (kgf/cm2) C.V (%) G (kgf/cm2) C.V Sin relleno MS MA MA MA Promedio El valor recomendado para la resistencia a compresión diagonal es de: m kgf 1 2.5CV 1 2.5*11.30 /100 cm 2 Para fines de diseño se puede considerar un módulo de rigidez promedio por corte de 12, kgf/cm 2. Esta propuesta también puede ser revisada en base a los lineamientos de la NTDCEM-1994, la cual sugiere que G 0.4E m, por lo tanto: G 12, E 35, m El valor anterior cumple aproximadamente con los lineamientos antes mencionados. Es de considerar que las resistencias y proporciones aquí usadas son las mínimas. Prismas con bloque estándar y con concreto fluido. Tabla 2. 7 Resumen de resistencia a corte diagonal con bloque estándar y concreto fluido. Indentificación PCD-G1 PCD-G2 PCD-G3 PCD-G4 PCD-G5 PCD-G6 Peso Específico (kgf/m3) Área diagonal (cm2) Esfuerzo cortante diagonal (kgf/cm2) Esfuerzo cortante diagonal promedio (kgf/cm2) Desviación Estándar Coeficiente de Variación (CV) Modulo de Elásticidad por Corte(kgf/cm2) Módulo de Elasticidad promedio (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) m kgf 1 2.5CV 1 2.5*25.72 /100 cm 2 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 35

51 Módulo de elasticidad promedio obtenido G=25, kgf/cm 2. Prismas con bloque estándar y con mortero de relleno. Tabla 2. 8 Resumen de resistencia a corte diagonal con bloque estándar y mortero de relleno. Indentificación PCD-MR1 PCD-MR2 PCD-MR3 PCD-MR4 PCD-MR5 PCD-MR6 Peso Específico (kgf/m3) Área diagonal (cm2) Esfuerzo cortante diagonal (kgf/cm2) Esfuerzo cortante diagonal promedio (kgf/cm2) Desviación Estándar Coeficiente de Variación (CV) Modulo de Elásticidad por Corte(kgf/cm2) Módulo de Elasticidad promedio (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) m kgf 1 2.5CV 1 2.5*11.43/100 cm 2 Módulo de elasticidad promedio obtenido G=24, kgf/cm 2. Prismas con bloque Solera y con concreto fluido. Tabla 2. 9 Resumen de resistencia a corte diagonal con bloque solera y concreto fluido. Indentificación PCDBS-G1 PCDBS-G2 PCDBS-G3 PCDBS-G4 PCDBS-G5 PCDBS-G6 Peso Específico (kgf/m3) Área diagonal (cm2) Esfuerzo cortante diagonal (kgf/cm2) Esfuerzo cortante diagonal promedio (kgf/cm2) Desviación Estándar Coeficiente de Variación (CV) Modulo de Elásticidad por Corte(kgf/cm2) Módulo de Elasticidad promedio (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) m kgf 1 2.5CV 1 2.5*17.60 /100 cm 2 Módulo de elasticidad promedio obtenido G=20, kgf/cm Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

52 Prismas con bloque Solera y con mortero de relleno. Tabla Resumen de resistencia a corte diagonal con bloque solera y mortero de relleno. Indentificación PCDBS-MR1 PCDBS-MR2 PCDBS-MR3 PCDBS-MR4 PCDBS-MR5 PCDBS-MR6 Peso Específico (kgf/m3) Área diagonal (cm2) Esfuerzo cortante diagonal (kgf/cm2) Esfuerzo cortante diagonal promedio (kgf/cm2) Desviación Estándar Coeficiente de Variación (CV) Modulo de Elásticidad por Corte(kgf/cm2) Módulo de Elasticidad promedio (kgf/cm2) Desviación estándar (kg/cm2) Coeficiente de variación (%) m kgf 1 2.5CV 1 2.5*12.87 /100 cm 2 Módulo de elasticidad promedio obtenido G=24, kgf/cm Adherencia por flexión. Para conocer la capacidad a flexión de la mampostería con refuerzo (módulo de ruptura), se construyeron un total de 24 prismas, cada uno formado por cinco bloques, involucrando el bloque estándar y bloque solera, mortero de relleno y concreto fluido y en algunos casos se incluyó también el acero refuerzo. La inclusión de estas variables es para poder cuantificar la contribución que cada una de ellas proporciona a la resistencia global del sistema de mampostería reforzada. Se construyeron y ensayaron 16 prismas hechos solo con bloques estándar, con las variables de relleno de concreto fluido, relleno de mortero y sin relleno, en los primeros dos tipos también se incluyó en algunos casos la adición de acero de refuerzo. También se construyeron ocho especímenes colocando un bloque solera en el centro, siempre con las variables antes mencionadas, a excepción del caso sin relleno. La variable de adicionar refuerzo en algunos prismas se realizó con el objetivo de comparar y cuantificar la contribución de éste en el comportamiento a flexión de los mismos. El refuerzo consistió en incluir una varilla acero Nº 3 en una celda. La tabla 2.11 muestra la distribución y cantidad de prismas ensayados. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 37

53 Tabla Consolidado de prismas de adherencia por flexión. Tipo de Bloques Solo estándar (E) Estándar y solera (S) Sin relleno (SR) Con relleno y sin refuerzo Mortero (MR) Concreto fluido (G) Con relleno y refuerzo Mortero (MR+R) Concreto fluido (G+R) TOTAL = 24 Para llevar a cabo el ensayo de adherencia por flexión, los prismas fueron trasladados a la máquina universal donde se les colocó un dispositivo para medir el desplazamiento por flexión al centro del espécimen. La carga aplicada por la máquina universal se registró en el sistema computarizado de la misma. Figura 2. 8 Montaje de ensayo a flexión de prismas. La tabla 2.12 muestra los resultados obtenidos para el módulo de ruptura. Aunque es muy difícil obtener un promedio para todos los ensayos por tener diversas variables, se puede destacar que los prismas con refuerzo no presentaron incremento en la resistencia a flexión, esto puede deberse a un deficiente anclaje del acero y se considera que la forma de disposición de la prueba no fue la más adecuada para prismas reforzados. Tampoco hay diferencias significativas entre el uso de concreto fluido y mortero de relleno como material de relleno, ya que la falla generada se dio en el mortero de pega. Sin embargo, el uso de cualquier mezcla de relleno mejora significativamente la resistencia por flexión. En la tabla siguiente se muestran los promedios de los resultados obtenidos para los diferentes tipos. 38 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

54 Tabla Módulo de ruptura para prismas a flexión. TIPO Mr (kgf/cm2) E-SR E-MR E-G E-MR+R 2.45 E-G+R S-MR+R S-G+R S-MR S-G Los resultados obtenidos presentan una variabilidad significativa y probablemente se debe a la cantidad de variables involucradas y al tipo de ensayo como tal. Los especímenes rellenos con concreto fluido alcanzaron un esfuerzo de kgf/cm 2 cuando se usó solo bloque estándar y de kgf/cm 2 cuando se colocó un bloque solera al centro. Con el refuerzo incluido las resistencias fueron de kgf/cm 2 y kgf/cm 2, respectivamente. En el caso de los especímenes donde se usó Mortero de Relleno las resistencias fueron de kgf/cm 2 y kgf/cm 2 para bloque estándar y bloque solera respectivamente. Con refuerzo incluido las resistencias fueron de 2.45 kgf/cm 2 y kgf/cm 2, respectivamente. Módulo de ruptura kgf/cm Prismas en flexión E-SR E-MR E-G E-MR+R E-G+R S-MR+R S-G+R S-MR S-G Figura 2. 9 Módulo de ruptura prismas adherencia por flexión. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 39

55 En el caso de los especímenes construidos sin mezcla de relleno ni uso de refuerzo, se obtuvo una resistencia a la flexión promedio de kgf/cm 2, los especímenes con relleno presentaron una mínima de kgf/cm 2 y una máxima de kgf/cm 2, por lo tanto se concluye que el uso de un tipo de mezcla, concreto fluido o mortero para rellenar las celdas de los bloques, mejora significativamente la adherencia por flexión para esta mampostería. Por otro lado, no fue posible determinar que el uso del refuerzo en estos ensayos aumenta la resistencia a flexión del espécimen, debido a su condición de anclaje deficiente que presentaron. Por lo anterior, para pruebas futuras se debe de poner énfasis en mejorarla. 2.5 Adherencia por cortante. El ensayo de adherencia por cortante consiste en someter a carga lateral y vertical a un prisma compuesto por tres bloques, los cuales son parte de una construcción. La carga vertical o esfuerzo normal que se aplica en el espécimen es el transmitido por el techo y pared o por pisos superiores a la pared que los soporta en los diferentes niveles. Figura Ensamble de ensayo adherencia por flexión. Durante el ensayo, la carga normal permanece constante, mientras que la carga cortante varía, obteniendo de esta forma la capacidad de adherencia por cortante. Se construyeron un total de 45 especímenes, 18 para la etapa de prismas y el resto como parte del control de calidad de las cuatro paredes. Debido a que los niveles de esfuerzo vertical a los que está sometida una pared, varían respecto de su altura, fue necesario considerar tres niveles de carga; pero considerando que para viviendas de un nivel los esfuerzos transmitidos son relativamente pequeños, entonces se decidió por usar valores de prueba de 0, 1 y 2 kgf/cm 2, los cuales pudieron ser monitoreados con el equipo disponible en el laboratorio y no así los esfuerzos que en realidad se transmiten. En el ensayo se obtiene la carga máxima que se aplica al bloque en posición vertical y está se divide por la mitad para obtener la fuerza transmitida en cada rostro de contacto (reacciones) y posteriormente se divide entre el área de contacto para obtener el esfuerzo de adherencia por cortante, el cual se muestra en el siguiente gráfico. 40 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

56 Esfuerzo de Adehrencia kgf/cm2 ADHERENCIA POR CORTE BC BS MS1 MA1 MA2 BC-MA3 Series Figura Esfuerzo Promedio de Adherencia por corte. De los 18 primas construidos inicialmente, 9 fueron construidos colocando un bloque solera al centro del arreglo (BS). El gráfico anterior muestra una reducción en el esfuerzo de adherencia por corte cuando se usa bloque solera en los especímenes. 2.6 Cortante directo. El ensayo de corte directo consiste en someter a cargas laterales a una porción de pared construida sobre una fundación rígida y apoyada de tal forma que no permita desplazamientos o giros por la aplicación de carga lateral, como se muestra en la figura Para los ensayos que a continuación se detallan se debe de tener presente la siguiente nomenclatura, CD: corte directo, C: Compresión, T: tensión, MR: Mortero de Relleno, G: Grout y R: Refuerzo. Figura Ensamble de ensayo por corte directo. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 41

57 El espécimen se construye de tres hiladas de bloque, con dimensiones de 60x60cm. En el ensayo, la primera hilada debe estar restringida a desplazamientos, y así, aplicar carga en las dos hiladas superiores, de tal forma que una sisa esté obligada a deslizar y consecuentemente a fallar. La carga máxima que genera la falla es registrada, con la cual se puede obtener el esfuerzo máximo por corte. Se construyeron un total de 18 prismas, involucrando variables como la mezcla de relleno, bloque solera y el reforzamiento. En el caso particular de esta última variable, se dispuso en la zona de tensión para ciertos especímenes y en la zona de compresión para otros, el refuerzo consistió de una varilla N 3. Cuando se usó bloque solera, esta fue colocada en la hilada central. La tabla 2.13 muestra el consolidado de prismas por cada tipo. Tabla Cantidad de especímenes para corte directo. Bloque G MR G+R MR+R SN Estándar Solera 2 2 TOTAL = 18 Figura Modos de falla general para especímenes. Durante los ensayos se observaron diferentes modos de falla, y cada una distinguía básicamente el tipo de prisma. Para el caso de prismas reforzados en la zona de tensión, el prisma volteó separando la primera hilada de la fundación. En el caso de prismas con reforzamiento en la zona de compresión se obtuvieron daños locales en la zona de aplicación de carga hasta hacer fallar la sisa. Es por lo anterior que los esfuerzos obtenidos fueron mayores para esta disposición. La falla por deslizamiento fue fácilmente desarrollada en los prismas donde se usó bloque solera. El uso de refuerzo en los prismas, generó que estos adquirieran mayor resistencia y comportamientos diferentes, cuando se dispone a tensión es un comportamiento dúctil y rígido cuando se coloca a compresión. 42 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

58 A continuación se muestra los resultados generales obtenidos. Tabla Corte directos en especímenes rellenos en la zona de tensión. IDENTIFIACION CDT1-MR CDT2-MR CDT3-MR CDT4-G CDT5-G CDT6-G Fecha de fabricacion 21/06/ /06/ /06/ /06/ /06/2010 Fecha de ensayo 25/08/ /08/ /08/ /08/ /08/2010 Edad (días) Longitud de prisma (cm) Espesor t (cm) Altura de Prisma (cm) Altura a CDP (cm) Carga máx de ensayo (kgf) Area bruta (cm 2 ) Esfuerzo bruto (kgf/cm 2 ) Resistencia promedio (kgf/cm 2 ) Desviación estándar (kg/cm 2 ) Coeficiente de variación (%) Tabla Corte directos en especímenes rellenos en la zona de compresión. IDENTIFIACION CDC1-MR CDC2-MR CDC3-MR CDC4-G CDC5-G CDT6-G Fecha de fabricacion 18/06/ /06/ /06/ /06/ /06/2010 Fecha de ensayo 27/08/ /08/ /08/ /08/ /08/2010 Edad (días) Longitud de prisma (cm) Espesor t (cm) Altura de Prisma (cm) Altura a CDP (cm) Carga máx de ensayo (kgf) Area bruta (cm 2 ) Esfuerzo bruto (kgf/cm 2 ) Resistencia promedio (kgf/cm 2 ) Desviación estándar (kg/cm 2 ) Coeficiente de variación (%) Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 43

59 Tabla Corte directos en especímenes sin rellenos y con bloque solera. IDENTIFIACION PVD-G1 PVD-G2 PVD-MR1 PVD-MR2 PVD-BC1 PVD-BC2 Fecha de fabricacion 07/09/ /09/ /09/ /09/ /09/ /09/2010 Fecha de ensayo 08/11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/2010 Edad (días) Longitud de prisma (cm) Espesor t (cm) Altura de Prisma (cm) Altura a CDP (cm) Carga máx de ensayo (kgf) Area bruta (cm 2 ) Esfuerzo bruto (kgf/cm 2 ) Resistencia promedio (kgf/cm 2 ) Desviación estándar (kg/cm 2 ) Coeficiente de variación (%) La Tabla 2.17 muestra los esfuerzos promedios para los diferentes prismas ensayados. Tabla esfuerzos promedios de corte directo. TIPO ESFUERZO kgf/cm2 CDR-C 3.83 CDR-T 5.10 CD-C 1.99 CD-T 1.86 NORMAL 1.79 Muy importante resaltar que la resistencia obtenida de los prismas sin refuerzo y sin material de relleno, es muy similar a la obtenida de los prismas de control de calidad de las tres paredes que sometieron a carga lateral. Esfuerzo de corte directo kgf/cm CORTANTE DIRECTO CDR-C CDR-T CD-C CD-T CD NORMAL Series Figura Resistencias promedios en corte directo. 44 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

60 En la figura 2.14 se puede apreciar que el esfuerzo por corte se incrementa cuando la mampostería está reforzada. Sin embargo, la resistencia máxima se alcanza para un estado de agrietamiento avanzado, ya que la mayor contribución la hace el refuerzo mismo. Por lo anterior, y tal como lo muestra la figura 2.14, un valor de cortante de 1.8 kgf/cm 2 puede ser recomendado para realizar cálculos rápidos de predicción de la capacidad a cortante de paredes si no se tiene otra información. 2.7 Conclusiones y recomendaciones. Hay muchos factores sobre los cuales se puede concluir después de haber finalizado esta etapa experimental, de los cuales, a continuación se enumeran las más importantes: i. La inclusión de bloques solera en prismas sometidos a corte diagonal generó un patrón de falla de deslizamiento, por lo que no se considera adecuada su utilización de estos en hiladas intermedias de paredes, porque estarían generando planos de falla de deslizamiento en toda la pared, por lo que se recomienda el uso solamente para la construcción de repisas, cargaderos de puertas y ventanas y para la formación de la solera de coronamiento de las paredes. ii. iii. iv. Los diferentes ensayos realizados muestran que la resistencia global de la mampostería y sus formas de falla no se ven alterados por el tipo de mezcla de relleno utilizado, por lo que el uso de cualquiera de ellas queda a discreción del constructor, recomendando siempre un buen control de calidad para ambas mezclas. Se pudo comprobar mediante las pruebas de resistencia, que al incrementar los volúmenes de fabricación de mortero, la calidad del mismo disminuye ya que se tiende a descuidar algunas variables que en cantidades pequeñas se posee mayor control, por lo que se recomienda utilizar una dosificación de 1:4 para el mortero a utilizar en la etapa de modelos a escala natural. Por los resultados obtenidos, no es recomendable emplear muchas variables en ensayos como los llevados a cabo en prismas de mampostería, ya que se obtienen mecanismos de falla complejos, difíciles de predecir. En estas pruebas se han involucrado las variables de acero de refuerzo, concreto fluido y mortero de relleno, que aun cuando están siempre juntos en la construcción real, estudiarlos de forma conjunta requiere una mejor definición de los ensayos. v. Los datos de resistencias que en cada apartado se muestran, son exclusivamente para los tipos de mezclas y proporciones empleadas en este estudio; por lo que para fines prácticos se vuelen valores índices y no valores de diseño general. Es recomendable construir y ensayar prismas de mampostería en cada proyecto de construcción, como parte del control de calidad y para obtener valores de resistencias de diseño. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 45

61 46 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

62 ETAPA III-A. Análisis de demanda sísmica y capacidad estructural del sistema de mampostería de bloque de concreto con refuerzo integral sujeta a cargas laterales. 3.1 Introducción. Esta etapa contiene el planeamiento, ejecución y análisis de resultados de la investigación que se realizó en paredes para el sistema de mampostería de bloque de concreto con refuerzo interior con cargas aplicadas en su plano. Se construyeron tres paredes con dimensiones de 3.80m de longitud y 3.0m de altura (considerando 2 hiladas enterradas y fundación) para aplicarles carga en su plano. Dos de ellas se construyeron con agujeros, una pared solo con agujero de puerta de 1x2 metros y la otra con agujeros de puerta y ventana, de 1x2 m y de 1x1 metro respectivamente. Lo anterior se realizó con el objetivo de cuantificar el efecto en la rigidez y capacidad cortante que genera la presencia de agujeros en este sistema. Los materiales empleados para la construcción de las paredes han sido antes estudiados, en las etapas I y II, tales como unidades de bloque de concreto, mezclas de pega y relleno y acero de refuerzo. El análisis aquí presentado, fue llevado a cabo para conocer la capacidad a cortante del sistema, estudiando sus mecanismos de falla, comportamiento histerético, secuencia de fluencias, degradación de rigideces, entre otros. Además, se ha considerado una vivienda construida con el sistema en estudio, la cual es un prototipo de vivienda del Viceministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano (VMVDU) para realizarle un análisis de capacidad estructural versus demanda sísmica. Así, con el análisis de resultados desarrollado para las tres paredes, se propone la capacidad lateral del sistema. La demanda sísmica ha sido calculada considerando la ocurrencia de un sismo con características como las que indica la Norma Técnica de Diseño por Sismo de 1994 (NTDS-1994). Establecida la demanda sísmica y la capacidad estructural del sistema, ambas pueden ser comparadas y así verificar si el diseño o construcción sismo resistente de la vivienda cumple con los parámetros de capacidad establecidos en esta investigación. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 47

63 3.2 Objetivos. El desarrollo de esta investigación en esta etapa pretende lograr los siguientes objetivos: 1. Establecer la capacidad estructural del sistema de Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral. 2. Verificar una vivienda prototipo bajo el binomio Capacidad - Demanda. 3. Fijar lineamientos mínimos para el diseño y construcción de este sistema. Para cumplir los objetivos anteriores será necesario: a. Conocer los modos de falla de este sistema. b. Establecer resistencias y distorsiones máximas que rigen los modos de falla de este sistema. c. Identificar la secuencia en fluencia de aceros, indicativo de la propagación de daño d. Comprender el efecto en la reducción de rigidez y resistencia que generan los agujeros de puerta y ventana e. Proponer en base a análisis, la capacidad estructural por corte de este sistema f. Calcular la demanda sísmica para este sistema considerando las condiciones más desfavorables. 3.3 Cálculo de la demanda sísmica en el plano. Este apartado detalla el cálculo de la demanda sísmica para una vivienda tipo construida en base al sistema de mampostería de bloque de concreto con refuerzo integral. Figura 3. 1 Esquema en planta y fachada principal de vivienda tipo. 48 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

64 El prototipo de vivienda mostrado en la figura 3.1 ha sido proporcionado por el Viceministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano (VMVDU). La vivienda en estudio es de un nivel con sistema de techo flexible, con área de construcción de 40.8 m 2 y paredes con espesor nominal de 10 cm. Para determinar la demanda sísmica, en el plano y fuera del plano, se supondrá que esta vivienda será construida en la zona I del mapa sísmico (A=0.4g), donde se registran las aceleraciones mayores en nuestro país Fuerza Cortante. La fuerza cortante total generada por la ocurrencia de un sismo se determinará en base a los lineamientos proporcionados en la Norma Técnica para el Diseño Sísmico de 1994 (NTDS-1994). 2 A 3 oico To Cs R T Donde A es el factor de zona sísmica, I es el factor de importancia, C o =3.0 y T o =0.6s son coeficientes para el tipo de suelo S 3 y T es periodo fundamental de vibración. El factor de zona sísmica es 0.4, el factor de importancia es 1.0 (categoría III: niveles bajo de ocupación ocupación normal), el factor de reducción R=6 (sistema D: Paredes de mampostería). Suponiendo que T es igual a T o : 0.4x1.0 x Cs El valor anterior es exactamente igual al propuesto en la tabla 4.2 de la propuesta de norma del 2004 para mampostería con refuerzo interior con paredes apoyadas en los bordes y ubicadas en la zona I. Se ha determinado por medio de cálculo que la vivienda tiene un peso sísmico de 19,096.50kgf., por lo tanto la fuerza cortante se determina multiplicando el coeficiente sísmico por la masa sísmica de la vivienda. V C W 0.20* ,819.3kgf s Esta fuerza se aplica en el centro de masa de la vivienda, y debe ser distribuida horizontalmente en cada pared en base a la masa tributaria de cada pared. Lo anterior se debe a la presencia de un sistema de cubierta que no es rígido, por lo que las paredes deben ser consideradas en voladizo. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 49

65 3.3.2 Rigidez de paredes en cada dirección. La rigidez se determina considerando las deformaciones por corte y flexión de una pared en voladizo (en el caso de considerar un techo flexible como el de una vivienda de un nivel). En la ecuación siguiente E m es módulo de elasticidad, b es el espesor, h la altura y L es la longitud de pared. k be m h h 3 L L 1 2 Las rigideces así determinadas, son para las paredes más vulnerables, de las cuales se considera depende en gran medida la resistencia global de una pared. Para este estudio se considera que la resistencia de una pared depende de la resistencia de la zona más débil o de la sumatoria de la contribución de cada segmento de pared que se considera como vulnerable, es decir, todos aquellos segmentos entre agujeros. Figura 3. 1 Eje A con subdivisión para análisis de rigideces. La siguiente tabla muestra las diferentes paredes de la vivienda en análisis, así como sus propiedades geométricas y de rigidez. 50 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

66 Tabla 3. 1 Cálculo Rigideces de paredes y ejes. DIRECCION EJE PARED L (m) H (m) t (cm) Ki (kgf/cm) KiTotal A X A' B Y 1A 1A B 1B Excentricidades. La excentricidad es la diferencia geométrica entre las ubicaciones del centro de masa y el centro de cortante antes calculada. Tabla 3. 2 Excentricidades por torsión. Calculada en eje x ex 0.14 Calculada en eje y ey 0.30 Accidental exl L eyb %L %B 0.68 Tal como se aprecia en los cálculos anteriores, la excentricidad torsional total en ambas direcciones está dentro del 10% permitido por la normativa de vivienda para poder utilizar el método simplificado de análisis de viviendas. Sin embargo, adelante se muestra el cálculo de la demanda sísmica para la vivienda en análisis, y su comparación con la resistencia por corte admisible. La revisión anterior es considerando que la estructura de techo estará apoyada en las paredes de tal forma que pueda impartir cierta rigidez en el plano y fuera del Distribución de Fuerzas Cortantes. La fuerza sísmica que actúa en una dirección específica debe ser distribuida a lo largo de todas las paredes que contribuyan a la resistencia lateral en esa dirección. Para la vivienda analizada, la distribución de fuerzas en cada dirección se realiza por medio de la contribución de masas de cada pared en una dirección determinada. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 51

67 V pi m i VT m i x, y Tabla 3. 3 Peso tributario y Peso total en cada dirección. DIRECCION EJE PARED L (m) H (m) t (m) V (m3) W (kgf) Weje (kgf) A A X A' A' B B Y 1A 1A B 1B XY TECHO SUMA En la tabla anterior L es la longitud de la pared, H la altura, t el espesor, V el volumen de pared y W el peso de cada pared. La resistencia lateral de cada pared se considera como la resistencia de los segmentos de pared más débiles, como los segmentos de pared entre huecos. La fuerza que cada segmento de pared toma se ha calculado en base a la rigidez de ellas mismas y no por su masa. La siguiente tabla muestra la rigidez determinada. Tabla 3. 4 Distribución de fuerzas y esfuerzos horizontales. DIRECCION EJE PARED L (m) H (m) t (cm) Ki (kgf/cm) Fxi (kgf) Ai (cm2) fv (kgf/cm2) Fv adm (kgf/cm2) A X SUMA B SUMA A' Y 1A 1A B 1B La tabla anterior muestra la demanda sísmica de esfuerzos para las paredes resistentes Para el cálculo del esfuerzo admisible se ha considerado la resistencia por corte de 2.0kgf/cm 2, el cual es la resistencia requerida para la norma de vivienda vigente, y menor que el valor sugerido en la propuesta de norma del Para la condición sísmica, las resistencias anteriores se incrementan en un 33%, lo que da valores de 2.66 kgf/cm Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

68 En ninguno de los casos, la demanda de esfuerzos supera la capacidad por corte de esta vivienda, indicativo que el sistema, bajo las condiciones estudiadas para el efecto de cortante, se comporta de forma adecuada cuando se le somete a cargas en el plano. 3.4 Capacidad estructural en el plano Descripción de los modelos a escala. El programa de ensayos consta de cuatro modelos, de los cuales tres fueron ensayados con carga paralela a su plano y uno con carga fuera de su plano, aplicando en todos los casos carga cíclica reversible. Los modelos se describen brevemente en la tabla 3.5. Tabla 3. 5 Descripción de modelos experimentales. Descripción de modelos Modelo con carga cíclica paralela al plano, reforzamiento en pared según NEDCV-2004 (@60cm para refuerzo vertical y horizontal), sin aberturas, usando bloque solera de 15cm como solera de coronamiento. Modelo con carga cíclica paralela al plano, reforzamiento en pared según NEDCV-2004 (@60cm para refuerzo vertical y horizontal), con abertura de puerta, usando bloque solera de 15cm como solera de coronamiento. Modelo con carga cíclica paralela al plano, reforzamiento en pared según NEDCV-2004 (@60cm para refuerzo vertical y horizontal), con abertura de puerta y ventana, usando bloque solera de 15cm como solera de coronamiento. Modelo con carga cíclica fuera del plano, fue formado por 3 paredes configuradas en forma de U, reforzamiento en paredes según NEDCV-2004 (@60cm para refuerzo vertical y horizontal), con abertura de puertas y ventana en paredes laterales. Se usará bloque solera de 15cm como solera de coronamiento para las paredes del modelo. Identificación MS1 MA1 MA2 MA Modelo MS1. Es una pared sólida construida con bloque de 10cm de espesor, mortero de pega con proporción 1:4 (cemento de mampostería: arena) y mortero de relleno de proporción 1:4 (cemento Portland tipo GU: Arena). Con dimensiones de 3.8m de largo y 3.0m de altura. Las dos primeras hiladas de bloques del modelo (0.4m de altura) representan las hiladas que se ubican abajo del nivel de piso terminado, lo cual es común en campo y un requisito de las normativas de vivienda. La solera de coronamiento fue construida de bloque solera de 0.15m de ancho y altura 0.2m según lo recomendado en la NEDCV-2004, capítulo 5, sección (ver figura 3.3). El modelo fue ensayado con carga paralela a su plano mayor. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 53

69 Sur Norte Figura 3. 2 Geometría de modelo MS Modelo MA1. Es una pared con un agujero de puerta, construida con bloque de 10cm de espesor, mortero de pega con proporción 1:4 (cemento de mampostería: arena) y mortero de relleno de proporción 1:4 (cemento Portland tipo GU: Arena). Con geometría de 3.8m de largo y 3.0m de altura, sin tomar en cuenta los 0.2m de altura de solera de fundación. Con abertura de puerta de 1.0m de largo y 2.0m de altura, lo que representa un 17.54% del área total de la pared. Sur Norte Figura 3. 3 Geometría de modelo MA1. 54 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

70 Como dato, la NEDCV-1997 en el capítulo 3, sección recomienda un máximo del 20% de áreas de abertura; mientras que la NEDCV-2004, en el capítulo 3, sección 3.2 recomienda un máximo del 35%. Las dos primeras hiladas de bloques del modelo (0.4m de altura) representaron las hiladas que se ubican abajo del nivel de piso terminado, lo cual es común en campo. La solera de coronamiento fue construida de bloque solera con 0.15m como base y altura, 0.2m; según lo recomendado en la NEDCV-2004, capítulo 5, sección (ver figura 3.4). El modelo fue ensayado con carga paralela a su plano mayor Modelo MA2. Es una pared con abertura de puerta y ventana, construida con bloque de 10cm de espesor, mortero de pega con proporción 1:4 (cemento de mampostería: arena) y mortero de relleno de proporción 1:4 (cemento Portland tipo GU : Arena). Con geometría de 3.8m de largo y 3.0m de altura, siempre sin tomar en cuenta los 0.2m de altura de solera de fundación. Fue construido con una abertura de puerta de 1.0m de base y 2.0m de altura y una abertura de ventana de 1mx1m., estas aberturas representaron un 26% del área total de la pared, lo cual, cumple con lo recomendado por la NEDCV-2004, que consiste en no sobrepasar un 35% del área total. La solera de coronamiento fue construida a base de bloque solera de 0.15m de ancho y 0.2m de alto, según lo recomendado en la NEDCV-2004, capítulo 5, sección El modelo fue ensayado con carga paralela a su plano mayor. Al igual que los otros modelos, las dos primeras hiladas de bloques del modelo (0.4m de altura), representan las hiladas que se ubican por debajo del nivel de piso terminado. Este modelo se aprecia en la figura siguiente. Sur Norte Figura 3. 4 Geometría de modelo MA2. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 55

71 3.4.2 Comportamiento Histérico y envolvente de análisis de modelos ensayados bajo carga paralela al plano Modelo MS1. La siguiente gráfica muestra la carga aplicada y soportada por el modelo MS-1 durante los distintos ciclos a los cuales fue sometida versus la distorsión producto de la carga aplicada. Además se muestran las envolventes para el primer ciclo de aplicación de carga y para la repetición. CURVA HISTERÉTICA DE CARGA Y ENVOLVENTES MS Carga (ton) E Histéresis MS-1 Ciclo impar MS-1 Ciclo impar - MS-1 Ciclo repeticion + MS-1 Ciclo repeticion Distorsión (%) Figura 3. 5 Curva de Histéresis modelo MS1. El comportamiento del modelo MS-1 en términos de esfuerzo efectivo versus distorsión se presenta en la figura Se incluyen también las envolventes para un ciclo normal y su repetición. 56 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

72 CURVA HISTERÉTICA DE ESFUERZO Y ENVOLVENTES MS Esfuerzo kg/cm E MS-1 Ciclo impar + -6 MS-1 Ciclo impar - MS-1 repeticion + MS-1 repeticion - -8 Distorsión (%) Figura 3. 6 Curva de histéresis y envolventes modelo MS Modelo MA-1. Este modelo también fue ensayado con carga paralela a su plano, aplicada de forma cíclica, reversible y creciente, tal como se explicó en el apartado anterior, en éste se dejó un agujero de puerta para analizar la influencia del agujero en el comportamiento de la misma. En la figura 3.11 se presenta la curva histerética con sus envolventes de la carga soportada versus distorsión presentada, mientras que en la figura 3.12 se muestra el esfuerzo efectivo versus distorsión del modelo. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 57

73 CURVA HISTERETICA DE CARGA Y ENVOLVENTES. MA Carga. (ton) Histéresis Env. Ciclo impar + Env. ciclo impar - Env. Repetición ciclo par + Env. Repetición ciclo par - DISTORSION (%) -8.0 Figura 3. 7 Curva de histéresis y envolvente modelo MA1. CURVA HISTERETICA DE ESFUERZO Y ENVOLVENTES MA Esfuerzo. kgf/cm Histéresis Env. Ciclo impar + Env. Ciclo impar - Env. Repetición ciclo par + Env. Repetición ciclo par DISTORSION (%) Figura 3. 8 Curva de histéresis y envolvente de esfuerzos efectivos MA1. 58 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

74 Modelo MA-2. El modelo MA-2 fue construido con un hueco de puerta y uno de ventana, esto hace reducir más drásticamente el área transversal y con ello reducir su capacidad. En las siguientes gráficas se muestran la carga y esfuerzo efectivo soportado versus distorsión, respectivamente. CURVA HISTERETICA DE CARGA Y ENVOLVENTES. MA Carga (ton) Histéresis MA Ciclo impar + Ciclo impar - Ciclo repetición + Ciclo repetición - Distorsión (%) -6 Figura 3. 9 Curva de histéresis y envolvente de carga modelo MA2. CURVA HISTERETICA DE ESFUERZO Y ENVOLVENTES. MA Esfuerzo (Kg/cm2) Histéresis MA-2 Ciclo impar + Ciclo impar - Ciclo repetición + Ciclo repetición - Distorsión (%) -5 Figura Curva de histéresis y envolvente de esfuerzos efectivos modelo MA2. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 59

75 3.4.3 Identificación de puntos importantes en el comportamiento de los modelos ensayados bajo carga paralela al plano. Durante el desarrollo de las pruebas de cada uno de los modelos, se fue registrando el agrietamiento presentado a medida que avanzó el ensayo, además se tomó registro de momentos importantes como incremento significativo del ancho de grietas, aparecimiento de grietas inclinadas, etc. A continuación se muestran las envolventes de las curvas histeréticas de esfuerzo para cada modelo, indicando en ellas puntos importantes identificados durante el ensayo o en el análisis de datos, estos puntos son: Agrietamiento. Primera fluencia en el acero. Máximo esfuerzo soportado. Punto de colapso, en caso de existir Modelo MS-1. Para el modelo solido se determinaron los valores que se detallan en la tabla siguiente y se muestran en la figura Tabla 3. 6 Puntos importantes modelo MS1. Ciclos positivos Punto Carga (Ton) Esfuerzo (kg/cm2) Desplazamiento (mm) Distorsión (%) Agrietamiento ra Fluencia Máximo esfuerzo Ciclos negativos Agrietamiento ra Fluencia Máximo esfuerzo Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

76 CURVA HISTERÉTICA DE ESFUERZO CON PUNTOS IMPORTANTES 8.0 Máximo esfuerzo 6.0 1ra Fluencia 4.0 Agrietamiento 2.0 Esfuerzo kg/cm Agrietamiento ra Fluencia -6.0 Máximo esfuerzo -8.0 Distorsión (%) MS-1 Ciclo impar + MS-1 Ciclo impar - MS-1 repeticion + MS-1 repeticion - Puntos Importantes Figura Curva de histéresis y puntos importantes modelo MS Modelo MA-1. Al igual que el modelo anterior se presenta la tabla3.7 con los valores de carga, esfuerzo, desplazamiento y distorsión para cada uno de los puntos de agrietamiento, primera fluencia del acero y máximo esfuerzo presentado en el modelo MA-1. Posteriormente se muestran estos puntos en la grafica de histéresis y envolvente. Tabla 3. 7 Puntos importantes modelo MA1. Ciclos positivos Punto Carga (Ton) Esfuerzo (kg/cm2) Desplazamiento (mm) Distorsión (%) Agrietamiento ra Fluencia Máximo esfuerzo Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 61

77 CURVA HISTERETICA DE ESFUERZO CON PUNTOS IMPORTANTES 3.5 Esfuerzo máximo 3.0 1ra Fluencia Agrietamiento Esfuerzo. kgf/cm Histéresis Env. Ciclo impar + Env. Ciclo impar - Env. Repetición ciclo par + Env. Repetición ciclo par - Puntos Importantes -3.5 DISTORSION (%) Figura Curva de histéresis y puntos importantes modelo MA Modelo MA-2. Los valores de esfuerzo resistidos por el modelo MA-2 para los puntos que se detallan, muestran valores más bajos, estos se presentan en la tabla y figura siguiente. Tabla 3. 8 Puntos importantes modelo MA2. Ciclos positivos Punto Carga (Ton) Esfuerzo (kg/cm2) Desplazamiento (mm) Distorsión (%) Agrietamiento ra Fluencia Máximo esfuerzo Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

78 CURVA HISTERETICA DE ESFUERZO Y PUNTOS IMPORTANTES 4 Esfuerzo máximo 3 2 1ra fluencia 1 Agrietamiento Esfuerzo (Kg/cm2) Histéresis MA-2-3 Ciclo impar + Ciclo impar - -4 Ciclo repetición + Puntos Importantes -5 Distorsión (%) Figura Curva de histéresis y puntos importantes modelo MA Análisis de resultados. Se presenta a continuación una gráfica resumen de las envolventes de todos los modelos con sus respectivos puntos de agrietamiento, primera fluencia y esfuerzos máximos para definir los límites en los cuales se pueden establecer la resistencia de la mampostería de bloque de concreto. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 63

79 8 7 CURVA HISTERETICA DE ESFUERZO Y PUNTOS IMPORTANTES MS-1 MA-1 MA-2 MS-1 Agrietamiento MA-1 Agrietamiento MA-2 Agrietamiento 1ra Fluencia MS-1 1ra Fluencia MA-1 1ra Fluencia MA-2 Máximo MS-1 Máximo MA-1 Máximo MA Esfuerzo (Kg/cm2) Distorsión (%) Figura Envolvente positiva y puntos importantes todos los modelos. Si se considera el menor valor para cada punto importante, entonces el modelo MA-2 es el que define los valores de esfuerzo para cada tipo de falla en la mampostería, estos se muestran en la tabla 3.9. Tabla 3. 9 Envolvente mínima para el sistema. Punto Agrietamiento 1ra Fluencia Máximo Esfuerzo (kg/cm 2 ) Así de esta manera, en términos gráficos, siguiente forma. la resistencia del sistema se define de la 64 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

80 4 CURVA DE RESISTENCIA DEL SISTEMA 3.5 Maximo 3 FS= Norma 2004 FS=1.70 Último Esfuerzo (Kg/cm2) ra Fluencia Norma Agrietamiento Distorsión (%) Figura Curva envolvente del sistema. El gráfico anterior también muestra las resistencias por cortante que la normativa de vivienda de 1997 y la propuesta de 2004 establecen para el sistema en estudio. Del gráfico se aprecia que usando una resistencia por cortante de 2.0kgf/cm 2 se tiene un mayor margen de seguridad, sobretodo por que se garantiza el comportamiento de la mampostería hasta el nivel de agrietamiento. Lo anterior es muy importante en el caso que las construcciones se realizan sin ninguna supervisión o sin ningún control de calidad. Proponiendo un valor de diseño de 2.0kgf/cm 2 por fuerza cortante, el sistema se dañaría de forma leve, generándose grietas por corte y fluencias en algunos aceros, pero sin poner en riesgo la estabilidad estructural de la vivienda Degradación de Rigidez en el comportamiento de los modelos bajo carga paralela al plano. A medida se fue avanzando en la prueba de cada uno de los modelos, estos sufrieron daños y por ende sus propiedades mecánicas tambien se fueron degradando, una de las principales, como es la rigidez, tambien experimento reducción. A continuación se presentan las gráficas de rigidez normalizadas (Rigidez/Rigidez Inicial) para cada uno de los modelos. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 65

81 Modelo MS-1. Tal como se aprecia en la gráfica siguiente, la primera disminución significativa de rigidez de este modelo fue a una distorsión de 0.06%, disminuyendo a un 48% de la rigidez inicial, mientras que la segunda caída importante para este modelo se da para una distorsión de 0.24%, disminuyendo a 24% de la inicial. También se aprecia que la degradación de rigidez en los ciclos negativos es menor, ya que ésta se ha deteriorado en el primer ciclo de aplicación de carga, ciclo positivo. Rigidez normalizada de modelos MS Kc/Ko 0.6 Ciclo positivo (+) Ciclo negativo (-) Distorsión (%) Figura Degradación de rigidez normalizada modelo MS Modelo MA-1. El modelo MA-1 presentó su primera caída significativa de rigidez, a una distorsión de 0.016% y una disminución del 39%, una segunda caída al 34% de la rigidez inicial se produjo a una distorsión de 0.05%. Después en el modelo se siguió disminuyendo la rigidez a una tasa menor con respecto a la distorsión presentada. En el ensayo de este modelo solo se alcanza una distorsión del 0.36%, en la cual la rigidez solo es el 13% de la rigidez de inicio, tal como se muestra en la figura Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

82 1.2 Rigidez Normalizada de Modelo MA Kc/Ko Distorsión (%) Figura Degradación de rigidez normalizada modelo MA Modelo MA-2. Debido a la geometría del modelo MA-2, éste presentó la primera disminución notable de esfuerzo a una distorsión de 0.06% y esta cae a un 56% de la inicial, la segunda caida se produce a la distorsión del 0.20% y esta cae a un 28% de la inicial. Para distorsiones mayores a 0.20%, la tasa de caida de la rigidez, disminuye. La prueba llega hasta alcanzar una distorsión de 0.6% y una rigidez del 0.12% de la inicial. En la grafica siguiente muestra lo antes mencionado. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 67

83 1.2 Rigidez normalizada de Modelo MA Kc/Ko Distorsion (%) Figura Degradación de rigidez normalizada modelo MA2. En la siguiente tabla se presenta la rigidez normalizada de cada uno de los modelos para una distorsión de (0.4%), esto con el objetivo de comparar si la caida de la rigidez es mayor a 0.05 y el sistema puede ser aceptado de acuerdo a este requerimiento del Apéndice Normativo A - Criterios de aceptación de sistemas constructivos a base de mamposteria diseñados por sismo, de las Normas Técnicas Complementarias Para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería de Mexico. Tabla Puntos importantes de envolvente del sistema. Modelo MS-1 MA-1 MA-2 Caida de rigidez de los modelos para una distorsión de 0.4% (*) (*) El modelo MA-1 no alcanzó una distorsión igual o mayor de 0.4%, pero por extrapolación se obtuvo dicho valor. Como puede apreciarse en la tabla anterior, los modelos MS-1 y MA-2 presentaron una rigidez para el 0.4% de distorsión mayor a 5% de la inicial, siendo esto último el límite aceptable del sistema, para una distorsión de 0.4%. En el ensayo del modelo MA-1 no se alcanzó una distorsíon de 0.4%, pero si se extrapola la ultima parte de la grafica se obtiene un valor de %. De esta manera todos los modelos cumplen con el requisito antes mencionado. 68 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

84 3.4.6 Análisis del mecanismo de falla de los modelos ensayados con carga paralela a su plano. En este apartado se detalla el análisis del mecanismo de falla presentado por cada uno de los modelos ensayados Modelo MS-1. Las primeras grietas en este modelo aparecieron en la parte inferior, estas grietas aparecen antes de que se defina el punto de agrietamiento (pasos 604 para el ciclo positivo y para ciclo negativo en el paso 811), y está ligado al modo de aplicación de carga, que puede asociarse a un comportamiento por flexión. Luego de que se define el punto de agrietamiento de la pared se identifica el agrietamiento por adherencia, específicamente en el paso 862, el agrietamiento aparece a media altura de la pared; la rigidez inicial de la pared es de ton/mm. Los aceros verticales empiezan a fluir cuando el sistema se acerca al punto de fluencia teórico calculado, lo cual es propio de fallas por flexión; adicionalmente, se nota un incremento de grietas en la parte inferior de la pared, siendo algunas grietas escalonadas, esto sucede en los pasos 2149 (distorsión de 0.15%) y 2361 (distorsión de 0.11%), para ciclos positivo y negativo respectivamente. Pasando el punto de fluencia estimado de la pared, se comienza a observar un incremento en el agrietamiento ligado a esfuerzos cortantes, esto se ve reflejado en el control de grietas donde se registra que las grietas que se formaron en la base ya no tienden a abrirse, no así las grietas escalonadas ubicadas en la parte media de la pared. Además, es en este momento cuando se da la fluencia en el primer acero horizontal, dejando así claro que el comportamiento de la pared está siendo controlado por esfuerzos cortantes. La pared presentó una fuerte disminución de su rigidez, si se compara la rigidez del tramo entre los puntos de agrietamiento y fluencia (2.16 ton/mm) y el tramo entre la fluencia y la carga máxima (0.71 ton/mm), con esto se llega a una disminución del 67% de la rigidez entre ambos puntos, llegando hasta una carga máxima de aproximadamente de 13 toneladas. En el momento que se alcanza la carga máxima, se observa que comienzan a fluir los últimos aceros verticales y horizontales de la pared, seguido se observa un aumento en el agrietamiento asociado a cortante, dando como resultado que la carga no sufra ni degradación ni aumento. Finalmente, el ensayo fue suspendido debido al fuerte alabeo observado en la pared. A continuación se presenta la forma del avance del agrietamiento del modelo en las distintas etapas de la prueba. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 69

85 Proyecto Taishín Fase II: Mejoramiento de la Tecnología y Sistema de Difusión de la Vivienda Figura Estado de daño modelo MS1, punto de agrietamiento. Figura Estado de daño modelo MS1, punto de fluencia. Figura Estado de daño modelo MS1, Carga máxima. 70 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

86 En la tabla siguiente se presenta la secuencia de fluencias de las barras de acero instrumentadas del modelo MS-1. Tabla Secuencia de fluencias en acero modelo MS1. Strain Gauge Paso Carga (ton) Distorsión Promedio (%) V V V V V H V V V V V V V V V V V V V V H V V V H H H V Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 71

87 Modelo MA-1. El modelo de concreto de 10cm de espesor, la cual tiene un agujero de puerta de 1x2m. Para desarrollar el ensayo experimental, fue necesaria la aplicación de 21.5 ciclos con repeticiones, es decir, 11 incrementos de carga y desplazamiento. Debido a la flexibilidad de la pared, incrementada por el agujero de puerta, la aparición de grietas significativas se genera en el ciclo -1, con una carga de 1.14 ton y una distorsión de %, tal como se muestra en la siguiente figura. Figura Primera grieta significativa MA1. El agujero de puerta genera un plano de falla por cortante en la parte inferior de la pared, por lo que la grieta se desarrolla horizontalmente a lo largo de la junta. Es hasta el ciclo +8 con una carga de 2.59 ton y distorsión de % donde se define la falla por corte en la base de la pared. Figura Grietas por corte modelo MA1. 72 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

88 Después de aplicar veintiún ciclos y medio, el patrón de falla de la pared queda completamente definido. Se aplicó una carga máxima de 7.71 ton, alcanzando desplazamiento y distorsiones máximas de 16mm y %, respectivamente. Se aprecia que el bloque de pared de 60cm de ancho (costado sur) fué severamente dañado por la acción de cargas en el plano. Además, se generan fallas por deslizamiento por cortante en las juntas inferior y superior del agujero de puerta, que se extienden en toda la pared. Este modo de falla es el primero que se desarrolla, y luego cuando el refuerzo comienza a absorber los esfuerzos cortantes, comienzan a fluir desde la base hasta las zonas más solicitadas. Por tal razón, durante el ciclo de aplicación de carga, empujando y jalando, se genera la falla por compresión diagonal en el modulo sólido de la pared. Figura Estado final de daño modelo MA1. La tabla siguiente muestra la secuencia de fluencias de los aceros instrumentados en zonas específicas. La fluencia en cualquier punto podría indicar un cambio en la pendiente del diagrama de histéresis generado para esta pared. Tabla Secuencia de fluencias de acero modelo MA1. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 73

89 La figura siguiente muestra la ubicación de los aceros que alcanzaron fluencia, el número en rojo representa el orden en que ocurrio la fluencia, asi el número 1 (uno) es el primer lugar donde ocurrio fluencia en el acero. En la figura 3.30 se muestran estos mismos puntos y secuencia de los mismos, pero en la curva histerética de esfuerzo-distorsión. Figura Ubicación de acero de refuerzo y strain gauges que fluyeron modelo MA1. Figura Curva de histéresis con fluencia de aceros. 74 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

90 En curva de histéresis anterior se muestra el momento durante el ensayo donde ocurre la fluencia en determinados aceros. Es muy importante mencionar que el modo de falla desarrollado para este modelo, se define completamente después de un esfuerzo de 2.5 kg/cm 2, el cual es un indicativo que los requerimientos por cortante de las normativas de 1997 y 2004 pueden ser considerados como adecuados, ya que para este nivel de carga, la rigidez de la pared no presenta una degradación o un nivel de daño que pueda desestabilizar la estructura Modelo MA-2. El modelo MA-2 se caracteriza por la abertura de puertas y ventanas. Se pueden observar grietas horizontales a nivel de dinteles previo a considerar el primer agrietamiento significativo. Esto debe de evaluarse ya que el paso 199 se ha tomado como referencia para este punto y está asociado a la pérdida significativa de rigidez en la envolvente del modelo. Hasta este punto se describe un mecanismo inicial de falla por adherencia entre las unidades y el mortero de pega, visiblemente en los elementos donde se concentran esfuerzos. A partir de esto, se esperaría que la mayor contribución de resistencia sea generada por los paneles de bloque entre las aberturas. En el paso 916 se describe, de acuerdo al comportamiento del modelo, un momento importante en la reducción de rigidez del sistema. Los paneles entre aberturas presentan mayor agrietamiento bajo el mismo mecanismo de falla inicial y puede observarse el surgimiento de grietas verticales. A medida que se desarrolla la prueba, el nivel de daño se incrementa y se concentra más en el panel izquierdo a la ventana (vista este), empieza a describirse un mecanismo de falla por cortante y puede observarse incremento en los esfuerzos a nivel de las esquinas de aberturas, dado el agrietamiento. En el paso 1834 se alcanza la carga máxima. En este punto hay mayor deterioro de los paneles entre la ventana y puerta, además se observa que el panel izquierdo a la puerta (vista este) no presenta mayor extensión de grietas. Es importante observar que el sistema de aplicación de carga pudo haber influido en el mecanismo de falla, generando momentos importantes en los paneles extremos de la pared y por ende mayor concentración de esfuerzos. Las figuras siguientes muestran el avance del daño en el modelo a medida se desarrollo la prueba. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 75

91 Figura Estado de daño, modelo MA2, primer agrietamiento. Figura Estado de daño, modelo MA2, degradación significativa de rigidez. Figura Punto de agrietamiento, modelo MA2, carga máxima. 76 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

92 Como se ha visto en la descripción de la falla de cada uno de los modelos ensayados bajo carga paralela al plano, esta puede resumirse de la siguiente manera: Inicialmente, bajo cargas y distorsiones pequeñas se produce un comportamiento a flexión y con ello se producen grietas horizontales principalmente en los extremos de las paredes. Al aumentar los niveles de carga y distorsión, los modelos presentaron un comportamiento a cortante y las grietas diagonales se producen, estas se ensanchan y extienden a medida que se incrementa los niveles de carga y distorsión. 3.5 Conclusiones del comportamiento estructural en el plano. Considerando los análisis mostrados en este documento y otros desarrollados aquí no incluidos, se propone utilizar una resistencia de diseño por corte de 2.0 kgf/cm 2 con una distorsión permisible de 0.13%, ya que este valor es conservador, considerando que la vivienda en estudio es o será construida con las resistencias más bajas que permite la normativa de vivienda y además, que éstas se construyen sin mayor control de calidad. 4 CURVA DE RESISTENCIA DEL SISTEMA 3.5 Maximo 3 Último 2.5 Esfuerzo (Kg/cm2) ra Fluencia Resistencia de diseño propuesta 2.0 kgf/cm Agrietamiento Distorsión (%) Figura Curva de capacidad propuesta del sistema. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 77

93 El gráfico anterior, es una propuesta de capacidad para el sistema constructivo en estudio. Esta curva ha sido construida a partir del análisis en el plano de las tres paredes aquí estudiadas, y considerando además, otros ensayos antes desarrollados. Importante destacar que las paredes aquí estudiadas han sido construidas bajo los lineamientos mínimos indicados en la propuesta de norma de diseño de vivienda del Por lo que el mismo sistema construido con propiedades mecánicas de mejor calidad, mostrará un mejor comportamiento. La curva presentada corresponde a la envolvente del modelo MA2, el cual debido a la presencia de puerta y ventana mostró fallas por corte y fluencia en aceros a bajos niveles de carga durante el ensayo. 3.6 Recomendaciones del comportamiento estructural en el plano. Las conclusiones aquí vertidas se han establecido en base al análisis de las tres paredes ensayadas en la segunda etapa del proyecto TAISHIN, y considerando además los resultados de cinco ensayos de paredes ejecutados en la primera etapa de este proyecto. La cantidad de ensayos considerados en este documento (tres), estadísticamente no es adecuada, por lo que es sumamente importante llevar a cabo otros ensayos bajo condiciones similares a fin de corroborar resultados y las conclusiones antes expuestas. Las investigaciones recomendadas pueden desarrollarse como trabajos de graduación para alumnos de pregrado o de grado bajo la supervisión de un investigador de este proyecto. 78 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

94 ETAPA III-B. Análisis de demanda sísmica y capacidad estructural del sistema de mampostería de bloque de concreto con refuerzo integral sujeta a cargas fuera de su plano. 4.1 Introducción. Esta sección contiene el planeamiento, ejecución y análisis de resultados de la investigación que se realizó para el sistema de mampostería de bloque de concreto con refuerzo interior. Aquí se presenta el cálculo de la demanda sísmica en paredes de una vivienda tipo cuando se ven sujetas a cargas fuera de su plano. Son dos las paredes que se han elegido para este estudio, una sólida de 6.80 m de longitud y otra con aberturas de puertas y ventas con longitud de 6.0m, las cuales forman parte de una vivienda tipo construida por el Viceministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano (VMVDU). La demanda sísmica calculada se transforma a demanda de momentos en la base de cada pared por medio de la Teoría de Placas y Cascarones de Timoshenko. Lo mismo se realiza para la capacidad observada experimentalmente y posteriormente se muestra la comparación entre ambas. 4.2 Objetivos. El desarrollo de esta investigación pretende lograr los siguientes objetivos globales: 1 Establecer la capacidad estructural del sistema de Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral bajo cargas fuera del plano. 2 Verificar la relación demanda-capacidad de una vivienda prototipo, ante cargas actuando perpendicularmente a las paredes. 3 Establecer lineamientos mínimos para el diseño y construcción de este sistema, para garantizar un buen comportamiento ante cargas perpendiculares al plano. Para cumplir los objetivos anteriores será necesario: a. Conocer los modos de falla de paredes de este sistema ante cargas fuera del plano. b. Establecer resistencias y distorsiones máximas fuera del plano que rigen los modos de falla del sistema. c. Identificar la secuencia en fluencia de aceros en la prueba del modelo, indicativo de la propagación de daño Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 79

95 d. Comprender el efecto en la reducción de rigidez y resistencia que genera la inclusión de agujeros de puerta y ventana, tanto en esquinas, como en zonas cercanas a la misma. e. Calcular la demanda sísmica fuera del plano para este sistema, considerando condiciones desfavorables. 4.3 Cálculo de la demanda sísmica fuera del plano. En esta sección detalla el cálculo de la demanda sísmica fuera del plano para el mismo tipo de vivienda analizada en la sección 3.3. Para tener presente las características de dicha vivienda, se presentan de nuevo los planos mostrados en la figura 3.1. Figura 4.1 Esquema en planta de vivienda tipo. Tal como se mencionó en la sección 3.3, se supondrá que esta vivienda será construida en la zona I del mapa sísmico (A=0.4g), donde las aceleraciones son mayores. Son dos paredes las que se someten a estudio, la que se ubica en el eje 2 de 6.80 m de longitud y sin agujeros (modelo MI), y la que se ubica en el eje A de 6.0 m de longitud y con aberturas de puerta y ventana (MII), ambas con altura máxima de 3.0m, tal como se muestran en las figuras 4.1 y Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

96 Figura 4. 1 Fachada de prototipo de vivienda Fuerza Cortante. Tal como se mostro en la sección 3.3, la fuerza cortante calculada para la vivienda es la siguiente: V C W 0.17* tonf s Esta fuerza se aplica en el centro de masa de la vivienda, y debe ser distribuida horizontalmente en cada pared en base a la masa tributaria de cada pared Demanda sísmica de momentos. Para determinar los momentos inducidos por un sismo en determinada dirección, se hará uso de la teoría de placas y cascarones de Timoshenko, considerando a la pared como una placa simplemente apoyada en sus extremos laterales, empotrada en la base y con su extremo superior libre. Esta teoría es aplicada para placas homogéneas y su solución es válida para el rango elástico, sin embargo, se hará uso de ella para tener valores aproximados de la capacidad de estructural de la pared en estudio. El análisis se realizará para tres modelos de pared, los dos antes mostrados, con longitudes de 6.8 m y 6.0 m, más un tercer modelo con longitud de 4.0 metros (MIII), el cual corresponde a la longitud máxima sin apoyo lateral que permite la propuesta de norma de vivienda del Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 81

97 Figura 4. 2 Modelo de placa. Un modelo como el anterior posee la solución matemática siguiente: Tabla 4. 1 Solución matemática simplificada. De forma simplificada se considera una relación aproximada b/a de ½ para los modelos I y II, lo que da las siguientes ecuaciones para conocer los momentos al centro en la base y en la parte superior: M M inf erior superior qb a 2 qa b Para el modelo MIII, la relación b/a es de 0.75 y se tuvo que interpolar entre 2/3 y 1 para obtener las siguientes expresiones: M M inf erior superior qb a 2 qa b 82 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

98 Donde a y b son las dimensiones de la pared, base y altura respectivamente, y q es el valor de la fuerza por unidad de área. En este estudio, q es considerada como la carga sísmica actuante en la pared, la cual será calculada considerando que solo las dos paredes exteriores contribuyen a la resistencia global fuera del plano, es decir, cada una absorberá 50% de la fuerza sísmica (50%V=1.91 ton) y será distribuida sobre el área de los modelos de pared, la cual es de 20.41m 2, 13.6m 2 y 12.0m 2, para los modelos I, II y III, respectivamente. Por lo tanto: q q q I II III V ton A m e V ton A 13.6 m e V ton A 12.0 m e El cálculo de la demanda sísmica se realizará para la base y parte superior de los tres modelos considerados. Modelo I Modelo II Modelo III M M M M M M inf erior sup erior inf erior superior inf erior superior t. m t. m t. m t. m t. m t. m Suponiendo que la transmisión de fuerzas, en el caso más desfavorable se da en un 100% hacia las paredes laterales (sin considerar que la fundación y la solera intermedia del cargadero de puerta también absorben una parte de estas fuerzas), entonces las fuerzas en las esquinas de la parte superior de cada pared, serán iguales a: V 3.82 P 1.91 ton 2 2 La cual deberá ser resistida por el acero de refuerzo en la solera de coronamiento y demás acero de refuerzo horizontal que se disponga entre hiladas o en el cargadero de puerta. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 83

99 4.4 Capacidad estructural fuera del plano Descripción del modelo MA3. Este modelo consistió de 3 paredes (ver figura 4.4), la pared 2 fue sometida con carga fuera o perpendicular a su plano mayor, las otras dos paredes, la 1 y 3, fueron sometidas de forma indirecta a cargas laterales paralelas a sus planos mayores debido a la transferencia de carga. La pared 2 tuvo una longitud de 4.2m y una altura de 3.6m (incluyendo mojinete) y no poseyó aberturas. Todas las soleras de coronamiento de las paredes, así como, el mojinete de la pared 2, fueron construidos de bloque solera con 0.15m de base y 0.2m de altura. Todas las paredes tuvieron un espesor de 10 cm y se utilizó mortero de pega con proporción 1:4 (Cemento de mampostería: arena) Pared 3 Norte Pared 1 Pared 2 Sur Figura 4. 3 Geometría de modelo MA3. La pared 1 del modelo MA3 tuvo una base de 3.2m y una altura de 3.0m, sin incluir los 0.2m de altura de la solera de fundación (ver figura 4.5). Poseyó una abertura de puerta de 1.0m de base y 2.0m de altura y una abertura de ventana de 1mx1m., estas aberturas representaron un 31.25% del área total de la pared, lo cual, cumplió con lo recomendado por la NEDCV-2004 ya mencionada anteriormente. Por otro lado, la pared 3 también tuvo una base de 3.2m y una altura de 3.0m (ver figura 4.6), con una abertura de puerta de 1.0m de base y 2.0m de altura, esto constituyó un 20.8% del área total de la pared. Estas paredes se muestran a continuación. 84 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

100 Sur Norte Figura 4. 4 Pared lateral 1 de MA3. Norte Sur Figura 4. 5 Pared lateral 2 de MA Comportamiento Histérico y envolventes de análisis de modelos ensayados con carga perpendicular al plano. Como fue explicado anteriormente, solo se ensayó un modelo bajo carga perpendicular al plano de la pared. A diferencia de los ensayos de la fase I, en este modelo se incluyeron huecos de puertas y ventanas a las paredes laterales de la pared de ensayo. En la siguiente gráfica se presenta las curvas histeréticas de carga versus distorsión obtenidas. La distorsión fue calculada en base al desplazamiento presentado por la parte más alta de la pared, es decir la parte central del mojinete. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 85

101 CURVA HISTERETICA DE CARGA Y ENVOLVENTES MA Carga (tonf) Histéresis Ciclo impar + -2 Ciclo par + Ciclo impar - Ciclo par - -3 Distorsión (%) Figura 4. 6 Curva histerética y envolvente de modelo MA3. Como se aprecia en la gráfica, el modelo presentó una alta flexibilidad debido a su geometría, ya que la carga máxima alcanzada fue menor a las 2.50 toneladas y ante esta, la distorsión alcanzada es mayor a 1.5%. Es necesario mencionar que en la zona central de la pared se presentaron deformaciones mayores que las medidas en la parte central superior, esto debido a que en la zona superior el modelo poseyó más elementos resistentes a flexión horizontal que en la zona intermedia, estos fueron el elemento en bloque solera a altura de cargadero y el mojinete Identificación de puntos importantes en el comportamiento del modelo en los modelos ensayados bajo carga fuera al plano. La gráfica siguiente muestra la ocurrencia de eventos importantes en la ejecución de la prueba, tal como se indicó anteriormente estos consisten en la definición del agrietamiento, primera fluencia del acero y carga máxima soportada. 86 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

102 CURVA HISTERETICA DE CARGA Y ENVOLVENTES MA-3 3 Carga Máxima 2 1ra. Fluencia Agrietamiento 1 Carga (tonf) Histéresis Ciclo impar + Ciclo par + Ciclo impar - Ciclo par - Puntos Importantes -3 Distorsión (%) Figura 4. 7 Curva histerética y puntos importantes de MA3. Debido a la configuración estructural de este modelo se puede determinar la baja resistencia que posee a carga fuera del plano, esto se debe principalmente a que la pared poseyó poca sujeción lateral, ya que al costado este solamente se unió a la pared lateral 1 en la parte superior, al costado oeste el apoyo fue en toda su altura pero la pared lateral que lo apoyo fue de una longitud muy corta. Los valores de carga y distorsión de cada uno de los puntos indicados en la gráfica superior se detallan en la siguiente tabla. Tabla 4. 2 Valores de puntos importantes de MA3. Ciclos positivos Punto Carga (Ton) Desplazamiento (mm) Distorsión (%) Agrietamiento ra Fluencia Máximo carga Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 87

103 4.4.4 Degradación de Rigidez en el comportamiento del modelo bajo carga fuera del plano. La gráfica siguiente muestra la caída de rigidez del modelo a medida que se fue avanzando en la prueba. La rigidez fue calculada en base a la deformación de la parte central y superior del mojinete. 1.2 Rigidez Normalizada Modelo MA Kc/Ko 0.6 Primera aplicación de carga 0.4 Repetición de carga Distorsión (%) Figura 4. 8 Curva de degradación de rigidez MA Análisis del mecanismo de falla del modelo ensayados con carga fuera a su plano. Mediante el avance de la prueba en el modelo MA3 se pudo determinar que cada una de las paredes que constituyeron este modelo, presentaron los siguientes mecanismos de falla, estos se describen a continuación: Pared frontal. Inicialmente esta pared presentó agrietamiento horizontal en la base de la misma debido a una flexión vertical, este agrietamiento se produjo bajo una carga de 1.12 ton y una distorsión 0.11%. Posteriormente, al repetir el ciclo de carga se produce un agrietamiento de mayor consideración en la parte superior-central de la pared y con ello una flexión horizontal, una vez producido este segundo agrietamiento se alcanza una distorsión del 0.13% y la carga que soporta baja a 1.0 ton. Incrementándose además la grieta que se produjo inicialmente. Esto se puede ver en la figuras Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

104 A medida se fueron dando los diferentes ciclos de carga y además incrementando la misma, también se fueron incrementándo la cantidad y longitud de grietas de flexión; En la parte inferior de la pared, las grietas continuaron horizontalmente, mientras que en la zona central se prolongaron a un ángulo de 45º, aproximadamente, y con dirección hacia las esquinas inferiores de la pared, tal como se muestra en la figura Además, en estas figuras se puede notar la diferencia en el patrón de las grietas por flexión vertical de los extremos derecho e izquierdo de la pared, en ambas vistas de la misma. Así, en la vista norte se pueden notar que en el extremo derecho se produjo un patrón de grietas con inclinación de 45º aproximadamente, mientras que en el extremo izquierdo no, de manera inversa se presenta este patrón en la vista sur; esta diferencia en el agrietamiento se debió a la diferentes condiciones de unión de esta pared con las laterales, ya que es de recordar que la pared frontal se unía al costado este con la pared lateral 1 solamente por la parte superior, es decir los últimos 60 cm superiores de ese costado; mientras que el costado oeste de la pared frontal se unía en toda la altura con la pared lateral 2; esto último le restringió la flexión a la pared frontal en dicha zona y ante las cargas se produjeron el patrón de grietas en mención. De forma resumida se puede concluir que el sistema de mecanismo de falla de esta pared, bajo el tipo de cargas a las cuales se ensayó, es por flexión vertical y flexión horizontal, predominado la última. Figura 4. 9 Inicio de daño en pared frontal de MA3. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 89

105 Figura Daño final de pared frontal MA Pared Lateral 1. Esta pared inicia su falla en la zona de unión de la misma con la pared frontal, la primera grieta es debido a tensión y se produce en la zona en mención cuando se ha aplicado una carga con dirección sur de 1.04 ton., el agrietamiento en esta zona se incrementa cuando se aplica una carga en la pared frontal de 1.5 ton. y con dirección norte. Ver figuras Al incrementar la carga en la pared frontal a 1.75 ton. y realizar los ciclos de repetición de la misma se produjo un patrón de agrietamiento por cortante, estas poseen una dirección horizontal y ocurren en las sisas inferiores de la repisa de ventana y del cargadero de puerta y ventana. Finalmente se produce más agrietamiento con similar patrón al descrito anteriormente pero en la primera, tercera y cuarta sisa de abajo hacia arriba, ver figuras Figura Inicio de daño en pared lateral Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

106 Figura daño final en pared lateral Pared Lateral 3. El primer agrietamiento de esta pared se produjo cuando se le aplicó a la pared frontal una carga de 1.5 ton, éste se dió en la zona de unión de esta con la pared frontal y solo se observó en la vista oeste, debiéndose a la flexión producida en esta zona. Es hasta cuando se le aplica a la pared frontal una carga de 1.75 ton, por primera vez y con dirección norte, cuando aparece un nuevo el patrón de agrietamiento por corte en la pared lateral 3, éste es horizontal e inicia en la segunda sisa de abajo hacia arriba. Esta grieta se extiende a todo lo largo de la sisa a medida se repiten los ciclos de carga. Con el avance de la prueba se siguen presentando grietas por corte en diferentes sisas y en la zona de pared contigua a la pared frontal, el agrietamiento toma una inclinación de 45º, indicando que se debió a cortante diagonal. También se presentaron grietas debido a flexión horizontal en la zona superior sur. Esto se puede observar en las figuras 4.14 y Figura Inicio de daño en pared lateral 3 de MA3. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 91

107 Figura Daño final en pared lateral 3. De forma resumida podemos decir que estas paredes laterales primero presentaron fallas por flexión horizontal en las zonas de unión con la pared frontal y luego agrietamientos de cortante. En la tabla 4.3 se muestran los Strain Gauges que alcanzaron deformaciones iguales o mayores a la de fluencia. Mientras que en las figuras siguientes se muestran la ubicación de los Strain Gauges mencionados. Tabla 4. 3 Secuencia de fluencias de aceros en MA3. N Ciclo Paso P (ton) Distorsión (%) ID H H H HCE12 5-4R HO H42 7-7R SCI SCS2 92 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

108 Figura Ubicación de strain gauges que alcanzaron la fluencia en pantalla frontal. Figura Ubicación de strain gauges que alcanzaron la fluencia en pared lateral 1. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 93

109 Figura Ubicación de strain auges que alcanzaron la fluencia en pared lateral Conclusiones del comportamiento estructural fuera del plano. Para determinar la demanda sísmica de momentos se utilizó la Teoría de Placas y Cascarones de Timoshenko, para una placa simplemente apoyada en sus extremos, empotrada en su base y libre en la parte superior. Se ha utilizado la misma teoría para transformar las cargas aplicadas durante el experimento a momentos en la base y parte superior de la pared, los cuales se muestran en la tabla 4.4. Tabla 4. 4 Momentos equivalentes aplicados en la base de MA3. Ciclos positivos Punto Carga (Ton) Desplazamiento (mm) Distorsión (%) qi Mi Inicio Agrietamiento ra Fluencia Máximo carga El siguiente gráfico muestra la comparación entre la demanda sísmica determinada al inicio de este documento y la capacidad del modelo determinada de forma experimental. 94 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

110 MODELO I L=6.8m MODELO II L=6.0m MODELO III L=4.0m Figura Gráfico de momentos en la base para los puntos más importantes de MA3. Es evidente que tanto la pared con longitud de 6.80m y la de 6.0m (modelos I y II) serían seriamente dañadas al ocurrir un sismo con características similares a las consideradas en este estudio. Dichas paredes no poseen arriostre lateral en su longitud de análisis y es por ello que la demanda sísmica es alta y supera a la capacidad de la pared, la cual fue obtenida de forma experimental para niveles de agrietamiento, fluencia y máxima. En el mismo gráfico también se muestra un modelo III, el cual posee una longitud de 4.0m, que es la longitud máxima sin arriostre que permite la propuesta de norma de vivienda del 2004 que soporta una demanda sísmica de momentos en su base de 1.14 ton.m. Es apreciable que la demanda de momentos para una pared como la del modelo III, no supera la capacidad máxima de la pared ni tampoco se alcanzarían fluencias en aceros, por lo que ante un sismo solo sufriría un daño leve, pero no pondría en riesgo la estabilidad estructural de la pared. Lo anterior es debido a que la pantalla de pared posee otros refuerzos horizontales que contribuirán a la resistencia de la misma, tales como el refuerzo horizontal colocado cada dos hiladas, así como el refuerzo en la solera intermedia y solera de coronamiento. A continuación se presenta un análisis similar para la parte superior central de las paredes en estudio. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 95

111 Tabla 4. 5 Momentos equivalentes aplicados en la parte superior de MA3. Ciclos positivos Punto Carga (Ton) Desplazamiento (mm) Distorsión (%) qi Mi Inicio Agrietamiento ra Fluencia Máximo carga Tal como lo muestra la tabla 4.5, estos momentos son menores a los desarrollados en la base de la pared, debido a que este extremo se está considerando como libre por no existir suficiente rigidez en la unión con la estructura de techo. La figura 4.20 muestra una comparación de momentos resistentes en la parte superior de la pared contra la demanda sísmica a ese mismo nivel, obtenida siempre por la Teoría de Placas y Cascarones de Timoshenko. MODELO III L=4.0m MODELO I L=6.8m MODELO II L=6.0m Figura Gráfico de momentos en la base para los puntos más importantes de MA3. Debido a la teoría y simplificaciones que se están realizando, tanto la capacidad de la pared como la demanda sísmica que se registran en la parte superior, son menores comparados con los obtenidos para la base de la pared. El modelo III, con longitud de 4.0 metros, es el que está sujeto a mayores momentos en la parte superior, sin embargo, según la figura anterior, no se alcanza la fluencia en ningún acero y solo se agrietará. Lo anterior es similar a lo registrado durante el ensayo experimental, donde se apreció el agrietamiento en la parte superior del modelo a nivel de solera de corona y además en la 96 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

112 parte intermedia a nivel de cargadero de puerta, con la única diferencia que se registró una fluencia al centro de esta última solera, lo cual también indica que los valores considerados en este análisis pueden ser tomados como una estimación. Las conexiones de la solera de coronamiento (formada por bloque solera y reforzada con 2 varillas Nº 3), se consideran adecuada y suficiente para este tipo de vivienda, ya que solo se registro fluencia en una de las dos varillas ubicadas en la esquina donde está la puerta, esto para una carga de 1.65 ton. Lo anterior no se considera como un daño serio, ya que la conexión está formada por dos varillas N 3, cada una con capacidad de fluencia de 2.0 ton, por lo que la capacidad total de la conexión es de 4 ton. Además, bajo una condición idealizada, la demanda sísmica a transmitirse sería de 1.91 ton, menor al valor de capacidad antes mencionado, por lo que el uso del bloque solera para formar la viga de corona, así como para los cargaderos y repisas de puertas y ventanas se consideran adecuados y necesarios. La longitud sin arriostre o apoyo lateral máximo que se debe permitir, según los resultados mostrados, es de 4.0 metros, ya que para longitudes mayores la capacidad a flexión disminuye mientras que la demanda sísmica aumenta. 4.6 Recomendaciones del comportamiento estructural fuera del plano. De los gráficos anteriores, es muy importante tener en cuenta que la longitud máxima sin arriostre que se debe permitir en una construcción es de 4.0 metros, ya que el uso de paredes sin arriostre es muy perjudicial cuando el sismo actúa en la dirección perpendicular a ellas. Para las condiciones que en este estudio se señalan, se recomienda usar una longitud máxima sin arriostre de 4.0m. Para paredes con longitudes mayores, se les deberá agregar elementos de arriostre lateral, dicho arriostre consistirá en un elemento estructural con capacidad suficiente de soportar flexión, tal como una columna o un segmento de pared debidamente diseñada. En esta investigación solo se llevó a cabo un ensayo de pared para una longitud de 4.2 metros, sin embargo se han hecho comparaciones de resistencia y demanda para paredes con longitudes mayores (6.8 y 6.0 metros), por lo que es recomendable llevar a cabo un estudio experimental o analítico para conocer con cierto grado de precisión la resistencia para paredes con las longitudes utilizadas. Se recomienda el uso de bloque solera para la viga de corona, cargaderos de puerta, repisas y cargaderos de ventana únicamente. Lo anterior es debido al mecanismo de falla que se desarrolla al utilizarlo para colocar refuerzo horizontal en hiladas intermedias de una pared. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 97

113 98 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

114 5.0 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES. Con el desarrollo de esta investigación, se ha logrado ampliar el conocimiento del comportamiento mecánico de la mampostería reforzada, sobretodo bajo esfuerzos verticales pequeños, como en el caso de las viviendas de un nivel. A continuación se mencionan las conclusiones más sobresalientes por cada fase de este estudio. FASE I: Mezclas y Materiales. 1. Se establecieron proporciones que generaron la resistencia mínima para las mezclas de mortero de pega (1:3), mortero de relleno (1:4) y concreto fluido (1:3:2), sin embargo, dichas proporciones y mezclas fueron fabricadas con material de un banco específico de materiales, por lo que los valores de resistencia y otros mencionados en este documento, no pueden ser considerados como absolutos, sino como de referencia para los ensayos del control de calidad de materiales de proyectos habitacionales, siguiendo lineamientos de normas vigentes. 2. El uso de cemento de mampostería en mezclas de pega ha resultado ser eficiente, ya que se logró alcanzar la resistencia y fluidez necesaria para ser empleada en la construcción de viviendas de un nivel. Sin embargo, los resultados obtenidos fueron obtenidos pudieren variar si se utiliza arena con propiedades diferentes a la utilizada en esta investigación. 3. Los resultados de cubos de mortero con dosificación 1:3, utilizando cemento portland tipo GU, presentaron un valor promedio de resistencia de kg/cm 2, el cual supera con mucha diferencia a los mínimos requeridos por la propuesta de norma de 2004, norma vigente de 1997 y la ASTM C109, por lo anterior, se considera que éste mortero, por su alta resistencia, podría cambiar el comportamiento global de la mampostería, y además resultar no económico para viviendas de interés social. 4. Por lo anterior, se recomienda usar una proporción 1:3 (cemento: arena) utilizando cemento de mampostería. Sin embargo, para cumplir con las resistencias mínimas, será necesario el uso de materiales adecuados y garantizar un proceso correcto de la fabricación de la mezcla. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 99

115 FASE II: Ensamblajes de mampostería. 5. De los ensayos realizados se comprobó que la resistencia mecánica de prismas con celdas llenas de mortero de relleno y prismas con relleno de concreto fluido, tiene valores muy cercanos y mayor a la resistencia de prismas sin relleno. 6. El peso específico promedio de los prismas ensayados fue de 1150, 1475 y 1575 kgf/m 3 para los prismas sin relleno, rellenos con mortero y rellenos con concreto fluido respectivamente, por lo tanto, considerando la resistencia y el peso específico, es la mampostería rellena con mortero (dosificación 1:4, cemento tipo GU: arena) la que resulta ganadora, ya que a pesar que la diferencia en peso volumétrico es poca pero se ganaría mucha reducción del peso total de la vivienda. 7. Se determinó que aquellos prismas con la hilada central a partir de bloques solera, presentaron patrones de fallas distintos a los demás, en estos se generó un plano de falla en la sisa inferior al bloque solera. Al analizar el bloque solera, se encontró que el área inferior de las celdas, es bastante reducida y por consiguiente esto provocaría que se genere el deslizamiento en esta zona. Debido a lo anterior no se recomienda el uso de estos bloques para soleras intermedias de las paredes, a excepción de los cargaderos de puertas y ventanas, repisas de ventanas y solera de coronamiento. 8. Los ensayos a flexión de prismas con refuerzo no arrojaron diferentes a los obtenidos de prismas sin refuerzo, ya que los primeros no tuvieron la suficiente longitud para proporcionar el anclaje adecuado al acero y además el montaje de la prueba no fue el más adecuado. 9. Para el control de calidad de la mampostería de proyectos habitacionales, se recomienda como ensayos mínimos los de compresión simple, compresión diagonal y adherencia por flexión, todos sin llenar las celdas y sin usar acero de refuerzo, ya que son estos los que nos brindan la información técnica necesaria para conocer la capacidad estructural del sistema. 10. De los ensayos de adherencia por corte realizados a los diferentes tipos de prismas, todos presentaron un esfuerzo mayor a 2.5 kgf/cm 2, lo que indica que el comportamiento del conjunto bloque-mortero fue satisfactorio. 100 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

116 FASE III: Paredes a escala natural. 11. De los ensayos de control de calidad del mortero de pega utilizado en construcción de las paredes de esta etapa, se obtuvieron promedios de resistencia a compresión que variaron entre 80 a 100 kgf/cm 2, cumpliendo de esta manera solo el requerimiento mínimo de la propuesta de norma de 2004, más no los de la norma vigente de 1997 y tampoco la ASTM C109. Lo anterior fue debido a que se usó cemento de mampostería en lugar de cemento tipo GU, siempre en la proporción 1:3, esto como parte de las recomendaciones de la etapa I. 12. Las paredes construidas bajo condiciones de requerimientos mínimos cumplen con la exigencia de cortante de la norma vigente, por lo tanto se recomienda utilizar una resistencia de diseño de 2.0 kgf/cm 2 determinada para el área neta de la pared. 13. Todas las paredes ensayadas con carga en el plano cumplieron con los requisitos mínimos de geometría y reforzamiento de las normas, además presentaron un comportamiento adecuado durante el ensayo y resistencia mayores a la demanda calculada, por lo que los requisitos de porcentaje máximo de aberturas y esfuerzo cortante mínimo de 2.0 kgf/cm 2, de las normas se consideran satisfactorios. 14. De los resultados obtenidos del ensayo del modelo MA3 de esta fase y la comparación con los resultados de modelos similares de la fase I de este mismo proyecto, se determina que no es adecuado construir huecos de puertas en las intersecciones de las paredes, ya que esto provoca una alta flexibilidad, reduciendo drásticamente su capacidad, por lo anterior se deberá de construir los huecos a una distancia no menor de 60 cm desde la esquina. 15. Se observó un buen comportamiento de la unión entre las paredes 2 y 3 del modelo MA3, por lo que se recomienda garantizar siempre, una adecuada unión en las intersecciones de las paredes, esto por medio del correcto anclaje del acero de refuerzo horizontal y además, el uso de ganchos estándar Nº 2 en las sisas donde no hay refuerzo horizontal. 16. Del cálculo de la demanda y capacidad del modelo con carga fuera del plano se corrobora que la longitud máxima de paredes sin arriostramiento lateral permitida por la propuesta de norma de 2004 es apropiada, ya que al incrementar la longitud incrementa la demanda y la capacidad de las mismas disminuye. Por lo anterior, en casos en donde se necesiten paredes con longitudes mayores a 4.00 metros, a estas se les deberá de dotar de un elemento de arriostre lateral debidamente diseñado. Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral 101

117 17. El tipo de solera de coronamiento mínimo que se recomienda para este sistema, consiste en utilizar bloque Solera y reforzamiento de dos varilla Nº 3 y grapas a cada 20 cm. 18. Al comparar el comportamiento del modelo MS-1 con el modelo más cercano de la fase I, BC-MCR *, se determina que el MS-1 posee menor rigidez inicial, más resistencia y mayor ductilidad, que el modelo BC-MCR, por lo que se considera que al utilizar cemento de mampostería en lugar del tipo GU para mortero de pega, mortero de relleno en lugar de concreto fluido y coronamiento a partir de bloque solera reforzada en lugar del elemento de concreto reforzado, y otras variables que lo hacen diferente del modelo de la fase I, provocan mayor flexibilidad al sistema. * El modelo BC-MCR fue un modelo de 3x3 metros, con espesor nominal de 10 cm, utilizando mortero de pega con dosificación 1:3, concreto fluido con proporción 1:3:2, en ambos utilizando cemento tipo GU, refuerzo vertical 1 varilla Nº3 y horizontal, 1 varilla Nº2, ambas a cada 60 cm y coronamiento con elemento de concreto reforzado (4Nº3 longitudinal y estribos Nº2). Para más detalles ver INFORME DE RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO BLOQUE DE CONCRETO CON REFUERZO INTEGRAL. 102 Mampostería de Bloque de Concreto con Refuerzo Integral

118