Proyecto de Investigación Modalidad

Transcripción

1 Proyecto de Investigación Modalidad II Apoyo a iniciativas presentadas por un cuerpo académico o por un grupo de investigación

2 Datos Generales Título del proyecto: Duración: Dependencia de Educación Superior: Determinación de las propiedades mecánicas de mamposterías para desarrollar un sistema de muros postensados Un año Facultad de Ingeniería Civil, Universidad de Colima

3 Datos del Responsable Nombre Nombramiento Adscripción Domicilio y teléfono laborales Correo electrónico Domicilio y teléfono particulares Dr. Agustín Orduña Bustamante Profesor-Investigador de Tiempo Completo Titular A Facultad de Ingeniería Civil km 9, carr. Colima-Coquimatlán, CP 28400, Coquimatlán, Col. Tel: ext: aord@ucol.mx Francisco de Quevedo 355, col. Real Vista Hermosa III, CP 28040, Colima, Col. Tel: Dr. Agustín Orduña Bustamante Datos del Administrador Nombre CP Sergio Alfonso Martínez Briseño Teléfono Correo electrónico martinez011081@hotmail.com CP Sergio Alfonso Martínez Briseño

4 Grupo de trabajo Facultades participantes Facultad de Ingeniería Civil Integrantes Profesores Dr. Agustín Orduña Bustamante Dr. Guillermo Martín Roeder Carbo MC José Francisco Ventura Ramírez Alumnos Carlos Tula Larios Ignacio Cabellos Aguilar Erika Paulina Santana Cruz Felipe de Jesús Sánchez Gosch

5 Resumen ejecutivo Planteamiento El grupo de trabajo tiene el proyecto a largo plazo de desarrollar un sistema constructivo para muros estructurales para edificaciones, basado en mampostería postensada. La mampostería que se propone tiene juntas secas con la intención de acelerar el proceso constructivo y minimizar el desperdicio de material al eliminar la elaboración y colocación de mortero para pegar las piezas. El postensado permitirá recuperar la resistencia a cortante y servirá como refuerzo a flexión en el muro. La mampostería debe tener características apropiadas en cuanto a rigidez y resistencia para aplicarle segura y eficientemente el postensado. En el presente proyecto se plantea determinar las propiedades mecánicas de piezas y mamposterías que se consideren adecuadas para el sistema propuesto. Para las juntas secas es preciso encontrar un material apropiado que permita tener buena resistencia a compresión y cortante en la mampostería una vez aplicado el postensado, a un costo razonable. Justificación Actualmente existe una gran demanda de vivienda de interés social en México. Uno de los retos que deben enfrentar los desarrolladores de vivienda de interés social es el de obtener productos con características adecuadas a precios accesibles para la población objetivo. Entre estas características está la resistencia a sismos, ya que una buena parte del territorio nacional está expuesto a la ocurrencia de estos eventos. Particularmente, en la región occidente del país, los sismos suelen ocurrir con intensidades destructivas y frecuencias relativamente altas. Con el objeto de apoyar al sector de la construcción, y con ello a la población de escasos recursos económicos, a contar con alternativas viables a costos accesibles, es necesario el desarrollo de sistemas novedosos y eficientes. El presente proyecto representa la primera fase del desarrollo de un sistema constructivo para muros en edificios de varios niveles, destinados a vivienda de interés social. Descripción general del proyecto Se elaborarán probetas de mampostería con juntas de mortero y se determinarán sus propiedades mecánicas como referencia. Se elaborarán, asimismo, probetas con distintos tipos de juntas secas, incluido el caso de colocar pieza sobre pieza, y se determinarán sus propiedades mecánicas. Con ensayes de pilas de mampostería se determinarán la resistencia a compresión axial y el módulo de Young, así como la curva esfuerzo-deformación axial. Mediante ensayes de muretes de mampostería se determinarán la resistencia a compresión diagonal, el módulo de rigidez al cortante y la curva esfuerzo-deformación correspondiente. A partir de los resultados de estos ensayes, se determinará la combinación de piezas y juntas secas que provean el mejor comportamiento esperado para los muros de mampostería postensada.

6 Objetivo principal del proyecto El objetivo general de la presente investigación es determinar las propiedades mecánicas en compresión axial y compresión diagonal, de mamposterías con juntas de mortero y con juntas secas, que permitan sentar las bases para el desarrollo de un sistema constructivo de muros postensados.

7 Protocolo del Proyecto Antecedentes (max 5 pag) La mampostería es uno de los materiales de construcción más antiguos en la historia de la humanidad. Sus orígenes probablemente nunca se puedan determinar puesto que en la prehistoria seguramente hubo hombres que apilaron rocas unas encima de otras para defenderse de algún agente natural. Posteriormente se desarrollaron las piezas de arcilla amasada y secada al sol, que cubrieron las necesidades de las culturas antiguas por milenios (Ganz 1991). Los primeros ladrillos horneados que se conocen se encontraron en la ciudad de Jericó y datan de unos tres mil años antes de nuestra era. Los desarrollos de elementos estructurales complejos como arcos, bóvedas o cúpulas, permitieron la construcción de edificios con creciente grado de sofisticación. Prácticamente todas las construcciones importantes desde los griegos hasta principios del siglo XX se hicieron de mampostería. Actualmente es el material más usado en la construcción de vivienda prácticamente en todo el mundo. Una vivienda de mampostería simboliza resistencia, durabilidad y aún prestigio, con las ventajas adicionales de buenas propiedades térmicas y acústicas (Beall 2004). Con la revolución industrial, sobre todo, a partir de finales del siglo XIX y durante todo el siglo XX, el acero y el concreto reforzado desplazaron a la mampostería en las grandes construcciones (Ganz 1991). Uno de los desarrollos que le han dado más impulso al concreto como material estructural es el uso de presfuerzo. A pesar que la mampostería tiene características mecánicas muy similares a las del concreto, el uso de presfuerzo en aquel material no es muy común. La mampostería tiene muy baja resistencia a tensión y depende básicamente de su relativamente alta resistencia a compresión. Por ello el sistema de postensado aporta beneficios en cuanto a un uso más eficiente del material, particularmente en casos en que la fueza axial es baja. El postensado le proporciona a la mampostería resistencia a la flexión y al cortante. Por ejemplo, Bonett y Urrego (2008) reportan los resultados de una losa construida con bloques de mampostería huecos, sin mortero en las juntas, con buenos resultados de resistencia a cargas fuera de su plano. En México, Ruiz y Pérez (2010) propusieron usar postensado en muros de mampostería confinada para edificios de varios niveles. De su estudio analítico concluyen que el presfuerzo puede incrementar la resistencia a flexión en el plano de los muros, aún cuando reduce su capacidad de rotación. Una ventaja potencial de usar mampostería con juntas secas en zonas sísmicas es la de aprovechar las características de disipación de energía por deslizamiento en las juntas sujetas a cortante (Lourenço y Ramos 2004). Metodología El presente proyecto de investigación involucra las siguientes actividades: Se hará una búsqueda exhaustiva en la literatura existente para conocer el estado del conocimiento generado recientemente en las siguientes áreas: comportamiento es-

8 tructural de mamposterías con juntas secas; nuevos materiales aplicables a la industria de la construcción; ensayes de laboratorio para caracterización de materiales, en particular la medición de cargas y desplazamientos en las probetas. Se elaborarán series de pilas y muretes de mampostería con diferentes características, para evaluar sus propiedades mecánicas. Todas ellas se elaborarán con piezas de tabicón y siguiendo las recomendaciones de ONNCCE (2002a y b). Una serie se hará con mortero tipo I de acuerdo con GDF (2004), como referencia. Otra serie, únicamente de pilas, será con juntas secas, pieza sobre pieza. Esta serie permitirá evaluar la pérdida de resistencia a compresión axial por la ausencia de juntas de mortero. Se elaborarán de tres a cinco series más de pilas y muretes con diferentes materiales en las juntas, que siempre serán secas. Estas series permitirán evaluar las distintas juntas para decidir la que tenga mejor comportamiento mecánico. Cabe aclarar que los muretes con juntas secas se tendrán que ensayar con postensado puesto que dependen de él para su resistencia a cortante. Se ejecutarán los ensayes de las pilas y muretes de acuerdo con las normas ONNCCE (2002a y b). En estas pruebas se emplearán la celda de carga y los transductores de desplazamiento que se propone adquirir con el presupuesto del proyecto. Este equipo es importante para capturar información suficiente en cantidad y calidad para hacer una evaluación mínimamente aceptable de los materiales. Los ensayes se realizarán en la máquina universal existente en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Facultad. La figura 1 ilustra la prueba de una pila en compresión axial y la posición de los transductores de desplazamiento. La figura 2 muestra un esquema de la prueba a compresión diagonal de un murete y la disposición de los transductores de desplazameinto. Figura 1. Acomodo de los dispositivos para medir la deformación en pilas (ONNCCE, 2002a)

9 Figura 2. Acomodo de los dispositivos para medir la deformación en muretes (ONNCCE, 2002b) Posterior a los ensayes, es necesario procesar la información resultante. Se calcularán los módulos de Young y de rigidez al cortante de acuerdo con ONNCCE (2002a y b). Se calcularán promedios, coeficientes de variación y otros parámetros estadísticos de las resistencias máximas y módulos para cada serie. Se elaborarán los productos del proyecto. Objetivos y metas Objetivos Se plantean los siguientes objetivos particulares para la presente investigación: Elaborar pilas y muretes de mampostería con distintas juntas para evaluar su comportamiento mecánico. Ensayar las pilas de mampostería en compresión axial, midiendo la carga aplicada y los desplazamientos relativos de dos secciones en dos caras del espécimen. Ensayar los muretes de mampostería en compresión diagonal, midiendo la carga aplicada y las deformaciones como se ilustra en la figura 2. Procesar la información de los ensayes de pilas para obtener esfuerzos, deformaciones, módulos de Young, resistencias máximas a compresión axial y la información estadística asociada. Procesar la información de los ensayes de muretes para obtener esfuerzos y deformaciones, módulos de rigidez a cortante, resistencias máximas a compresión diagonal y toda la información estadística asociada. Elaborar los productos de este proyecto, en los que se discutirán los resultados obtenidos y se seleccionará el tipo de junta más apropiado para aplicar elpostensado. Metas

10 Las siguientes metas se definen para alcanzar los objetivos: Se construirán series de pilas y muretes de mampostería de tabicón con distintos tipos de junta. Se elaborarán series de 5 especímenes cada una. Una serie será de mampostería con mortero tipo I. Otra serie será con juntas secas, pieza sobre pieza. Se harán de 3 a 5 series con juntas secas de distintos materiales. Esta meta se deberá lograr al cabo de tres meses. Se ensayarán las pilas a compresión axial de acuerdo con ONNCCE (2002a), capturando la información de cargas y desplazamientos medidos. Esta meta deberá estar concluida al fin del primer semestre. Se ensayarán las pilas a compresión diagonal de acuerdo con ONNCCE (2002b), capturando la información de cargas y desplazamientos medidos. Esta meta deberá estar concluida al fin del primer semestre. Se analizarán los resultados de los ensayes, para obtener las curvas esfuerzodeformación de cada uno, las resistencias máximas, módulos de Young o de rigidez al cortante e información estadística. Esta meta estará concluida al final del tercer trimestre del proyecto. Se elaborarán los productos del proyecto, una tesis de nivel licenciatura y un artículo para enviar al XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica. Esta meta estará concluida para el fin del proyecto. Infraestructura y apoyo técnico disponibles La Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima cuenta con una amplia infraestructura para el desarrollo de la presente investigación, que incluye: -Laboratorio de Materiales Computadoras para adquisición de datos de ensayes Se cuenta con una mesa de acero para cabecear los especímenes antes de su ensaye Prensa hidráulica con capacidad de 500 kn -Laboratorio de Mecánica de Suelos Máquina universal con capacidad de 600 kn -Laboratorio de Experimentación y Simulación Numérica de Fenómenos Computadoras personales Impresoras Equipo de postensado que se utilizará para elaborar probetas postensadas tanto de pilas como de muretes. Este equipo cuenta con un gato hidráulico, cuya capacidad de carga es de 200 kn. -Además, la Facultad de Ingeniería Civil cuenta con: Cámaras digitales de fotografía Conexión a internet por fibra óptica Líneas telefónicas

11 Vehículos Calendario de actividades Actividad 1 er trimestre 2º trimestre 3 er trimestre 4º trimestre Revisión bibliográfica ===================== Preparación de probetas =========== Ensaye de probetas ================== Análisis de resultados ====================== Elaboración de productos =====================

12 Productos Esperados Productos académicos Al concluir el proyecto se espera tener una tesis de licenciatura concluida y presentada. Estará involucrado también un alumno de maestría, sin embargo, él terminará su tesis en julio de Productos científicos Se enviará una ponencia al XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica que se desarrollará en lugar por confirmar, en el mes de noviembre de 2011.

13 Registro de Participantes Nombre Tipo de participante Grado académico máximo Agustín Orduña Bustamante Profesor de Tiempo Completo Doctor en Ingeniería Civil Datos curriculares: El Dr. Orduña nació en la Cd. de México el 15 de abril de Concluyó su licenciatura en Ingeniería Civil en la Facultad de Ingeniería de la UNAM en el año de Cursó la Maestría en Ingeniería en la especialidad de estructuras, también en la Facultad de Ingeniería de la UNAM, entre los años 1998 y Ese mismo año partió a Portugal para realizar estudios de doctorado en la Universidad del Minho, que concluyó en febrero de 2004 con la tesis titulada Seismic assessment of ancient masonry structures by rigid blocks limit analysis. Profesionalmente, realizó trabajos de diseño estructural y calculo de precios unitarios en la iniciativa privada entre 1989 y De 1992 a 1997 laboró en el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática, Coordinación Estatal Oaxaca, desempeñando diversos puestos, entre ellos el de Jefe de Departamento de Medición. Actualmente, a partir de marzo de 2004, es Profesor-Investigador Titular A en la Facultad de Ingeniería Civil de la U. de C. Es autor de un artículo publicado en revista internacional indexada con tres más actualmente en revisión, y un artículo en una revista nacional arbitrada. Ha participado con artículos y presentaciones en tres congresos internacionales, así como en seis congresos nacionales, dos de ellos fuera de México. Papel en el proyecto: El Dr. Orduña es el responsable del proyecto. Estará a cargo de supervisar todas las tareas del proyecto, así como de participar activamente en puntos específicos del mismo.

14 Nombre Tipo de participante Grado académico máximo Guillermo Martín Roeder Carbo Profesor de Tiempo Completo Doctor en Ingeniería Datos curriculares: El Dr. Roeder obtuvo su grado de doctor en la UNAM en el área de Ingeniería con especialidad en Mecánica Numérica. A partir de enero de 2005 es Profesor de Tiempo Completo en la Facultad de Ingeniería Civil de la U. de C. Papel en el proyecto: El Dr. Roeder supervisará el proceso de la información resultante de los ensayes. Participará en la elaboración de los productos del proyecto.

15 Nombre Tipo de participante Grado académico máximo José Francisco Ventura Ramírez Profesor de Tiempo Completo Maestro en Ciencias en Ingeniería Sísmica Datos curriculares: El MC Ventura nació en la Cd. de Colima. Obtuvo su título de Ingeniero Civil por la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima y el grado de Maestro en Ciencias en Ingeniería Sísmica por la misma Universidad. Papel en el proyecto: El MC Ventura apoyará en la supervisión de los ensayes de laboratorio y manejo del equipo. Contribuirá, asimismo, a la elaboración de los productos del proyecto.

16 Nombre Tipo de participante Semestre que cursa Carlos Tula Larios Estudiante de Maestría en Ingeniería (área Ing. Civil) Primero Datos curriculares: Carlos es estudiante de la Maestría en Ingeniería en el área de Ing. Civil. Es egresado de la carrera de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima. Papel en el proyecto: Carlos participará en la elaboración de las probetas, su preparación antes del ensaye, ejecución de los ensayes y proceso de la información resultante. Adicionalmente, elaborará un informe de resultados de los ensayes.

17 Nombre Tipo de participante Semestre que cursa Ignacio Cabellos Aguilar Estudiante de Ingeniería Civil Noveno Datos curriculares: Ignacio es un estudiante de noveno semestre de la carrera de Ingeniería Civil, con promedio de 8.01 y sin adeudo de materias. Papel en el proyecto: Ignacio participará en la elaboración de las probetas, su preparación antes del ensaye, ejecución de los ensayes y proceso de la información resultante. Adicionalmente, elaborará tesis de licenciatura con base en los resultados de los ensayes.

18 Nombre Tipo de participante Semestre que cursa Erika Paulina Santana Cruz Estudiante de Ingeniería Civil Noveno Datos curriculares: Erika es una estudiante de noveno semestre de la carrera de Ingeniería Civil, con promedio de 9.20 y sin adeudo de materias. Papel en el proyecto: Erika participará en la elaboración de las probetas, su preparación antes del ensaye, ejecución de los ensayes y proceso de la información resultante. Adicionalmente, elaborará tesis de licenciatura con base en los resultados de los ensayes.

19 Nombre Tipo de participante Semestre que cursa Felipe de Jesús Sánchez Gosch Estudiante de Ingeniería Civil Noveno Datos curriculares: Felipe es un estudiante de noveno semestre de la carrera de Ingeniería Civil, con promedio de 9.05 y sin adeudo de materias. Papel en el proyecto: Felipe participará en la elaboración de las probetas, su preparación antes del ensaye, ejecución de los ensayes y proceso de la información resultante. Adicionalmente, elaborará tesis de licenciatura con base en los resultados de los ensayes.

20 Requerimientos financieros GASTO CORRIENTE - SERVICIOS PARTIDA MONTO OBJETO DEL GASTO Viáticos 0 Pasajes 0 JUSTIFICACIÓN GASTO CORRIENTE - MATERIALES PARTIDA MONTO OBJETO DEL GASTO Material de Laboratorio $65, Adquisición de materiales y herramientas necesarios para realizar los ensayes. Compra de perfiles de acero, soldadura, tornillos entre otros, para ensamblar un marco alrededor de los modelos. JUSTIFICACIÓN Es necesario adquirir piezas de concreto para elaborar los especímenes de prueba. Con el mismo fin es necesario comparar cemento, cal, arena y herramienta menor. Las pilas se cabecean con azufre y los muretes con yeso y un tramo de ángulo de acero. Se requieren guantes, batas, fajas y otros equipos de protección para manipular con seguridad el azufre fundido y los mismos especímenes. GASTO CORRIENTE - ACERVO BIBLIOGRAFICO PARTIDA MONTO OBJETO DEL GASTO Bibliografía $20, Adquisición de títulos en las áreas de Ingenierías y Tecnología relacionadas con el proyecto. JUSTIFICACIÓN Para realizar un proyecto de calidad es necesario estar informados de los trabajos hechos recientemente en otras partes del mundo en temas relacionados con el proyecto. En particular, será necesario adquirir títulos relacionados con comportamiento y diseño de estructuras de mampostería, de elementos y

21 estructuras presforzadas, medición experimental de fuerzas y desplazamientos, entre otros. GASTO DE INVERSION EQUIPO DE LABORATORIO PARTIDA MONTO OBJETO DEL GASTO Equipo de Laboratorio 215, Adquisición de sensores digitales de fuerza y desplazamiento, así como los módulos de adquisición de datos (DAQ) de National Instruments u otra marca. JUSTIFICACIÓN Este equipo es esencial para el desarrollo del proyecto pues con él se registrarán todas las mediciones durante los ensayes de pilas y muretes. Aún cuando en la FIC se cuenta con medidores de desplazamiento y barómetros para medir la presión en los gatos, este equipo no es el adecuado para generar información con calidad suficiente para investigación de un mínimo nivel. Es necesario tomar las lecturas visualmente y anotarlas cada cierto tiempo. Esto le resta mucha precisión a los datos y no se puede tomar lecturas con suficiente frecuencia, se pierde mucha información. Por tanto es necesario contar con equipo de registro automático de las mediciones para producir información que en un futuro se pueda publicar en revistas internacionales.

22 Referencias Beall C. (2004) Masonry and concrete for residential construction, McGraw-Hill Bonett R. y Urrego H. (2008). Post-tensioned Concrete Brick Masonry without Mortar Joint. The 14 th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China. Ganz H.R. (1991) Post-tensioned masonry structures. VSL International LTD, Berna Suiza. GDF (2004). Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería, del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, Gaceta Oficial del DF. Lourenço, P.B. y Ramos, L.F. (2004). Characterization of the cyclic behavior of dry masonry joints. J. Struct. Eng., 130(5), ONNCCE (2002a). APNMX-C-415-ONNCCE Determinación de la resistencia a compresión y del módulo de elasticidad de pilas de mampostería de barro y de concreto ONNCCE (2002b). APNMX-C-416-ONNCCE Determinación de la resistencia a compresión diagonal y de la rigidez a cortante de muretes de mampostería de barro y de concreto Ruiz J. y Pérez E. G. (2010). Propuesta de Muros de Mampostería Confinada y Postensda para el Diseño de Edificios Altos de Mampostería en Zonas Sismicas. XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, León, Gto.