ENSAYOS DE SIMULACIÓN SÍSMICA EN DOS MÓDULOS DE ADOBE Y QUINCHA, DE DOS PISOS (M1-SR: Tradicional y M2-CR: Mejorado)

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1 ENSAYOS DE SIMULACIÓN SÍSMICA EN DOS MÓDULOS DE ADOBE Y QUINCHA, DE DOS PISOS (M1SR: Tradicional y M2CR: Mejorado) (INF LE ) SOLICITADO POR: S E N C I C O (Av. Canada 1568, San Borja Lima) Att.: Ing. Carmen Kuroiwa Ing. Gabriela Esparza EJECUTADO POR: Laboratorio de Estructuras Antisísmicas Sección Ingeniería Civil Departamento de Ingeniería Pontificia Universidad Católica del Perú ELABORADO POR: Ing. Wilson Silva Berríos (*, **) Ing. Luis Zegarra Ciquero (*, ***) FECHA: 15 de Diciembre del 2006 (*) Profesor del Departamento de Ingeniería Pontificia Universidad Católica del Perú (**) Ingeniero del Laboratorio de Estructuras Antisísmicas PUCP (***) Asesor del Proyecto INF LE Pág. 1

2 CONTENIDO Pág. 1. INTRODUCCIÓN OBJETIVO 3 3. ALCANCES 3 4. CARACTERÍSTICAS DE LOS MÓDULOS 4 5. CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO 5 5,1. Fases de Ensayo Instrumentación Peso y Transporte de los Módulos Vibración Libre 8 6. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LOS MÓDULOS MÓDULO M1 SR (TRADICIONAL) 9 6,2. MÓDULO M2 CR (MEJORADO) CONCLUSIONES Y COMENTARIOS FINALES INFORMACIÓN ÚTIL EN EL ANÁLISIS DE RESULTADOS COMENTARIOS FINALES DEL ASESOR DEL PROYECTO REFERENCIAS DECLARACIÓN FINAL 16 ANEXOS (4 en total, con numeración de páginas, independientes) INF LE Pág. 2

3 ENSAYOS DE SIMULACIÓN SÍSMICA EN DOS MÓDULOS DE ADOBE Y QUINCHA, DE DOS PISOS 1. INTRODUCCIÓN En el marco del contrato celebrado entre la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y el SERVICIO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PARA LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN (SENCICO), denominado Proyecto AdobeQuincha (Contrato N ), se realizaron en el Laboratorio de Estructuras Antisísmicas PUCP, ensayos dinámicos de simulación sísmica en mesa vibradora a dos Modelos (M1SR y M2CR) de dos pisos, construidos con adobe (el primer piso) y quincha (el segundo piso) con características similares a las de los prototipos existentes en las construcciones tradicionales de Lima, principalmente en el centro histórico, sometiéndolos a sismos de intensidad creciente. Los módulos fueron construidos en las instalaciones del Laboratorio de Estructuras PUCP, bajo la dirección y responsabilidad de SENCICO y del asesor técnico PUCP Ing. Luis Zegarra C. y de la asistente técnico, Ing. Tatiana Sánchez Guerra. Ambos Módulos presentan las mismas características geométricas, sólo se diferencian en el refuerzo externo aplicado en la interfase o conexión entre el primer y el segundo piso. Ambos módulos cuentan con refuerzo interno simple. A partir de observaciones del comportamiento postensayo de M1SR, se hizo algunas modificaciones en la conexión entre el primer y segundo, pisos. El presente informe contiene la descripción de las características geométricas de los módulos, el procedimiento de ensayo realizado y los resultados procesados (a nivel básico), de los módulos ensayados. 2. OBJETIVO El objetivo de los ensayos, es estudiar comparativamente el comportamiento sísmico de este tipo de construcciones (de adobe y quincha), tradicional y mejorado, para de esta manera poder establecer cualitativamente las diferencias substanciales en su desempeño sísmico que permitan ajustar el diseño, uso y difusión de la tecnología de refuerzo más adecuada y segura. 3. ALCANCES Los adobes fueron fabricados por personal contratado por SENCICO en las instalaciones del Laboratorio de EstructurasPUCP, con tierra (tanto para los adobes como para el mortero) proveniente de una cantera de Lima. Los dos módulos fueron construidos en las instalaciones del Laboratorio de EstructurasPUCP, empleando la misma mano de obra, contratada y supervisada por SENCICO y la asistente técnico del proyecto. Los ensayos de simulación sísmica, incluyendo la definición de la instrumentación, la señal de ensayo (sismo de prueba), las fases de ensayo y el procesamiento básico de resultados, forma parte del presente informe como responsabilidad del laboratorio. Un procesamiento más exhaustivo y detallado, así como el ajuste y/o calibración del modelo experimental con uno analítico, formará parte de la tesis de grado de la asistente del presente proyecto. INF LE Pág. 3

4 4. CARACTERÍSTICAS DE LOS MÓDULOS Los módulos de adobe (M1SR: Tradicional y M2CR: Mejorado) tienen la forma de un prisma rectangular recto, de base cuadrada (sección transversal) de 3,16 x 3,16m. La altura del primer piso es de 2,30 m (la parte de adobe) y la altura del segundo piso es de 2,47m (la parte de quincha, el entrepiso de madera y el techo liviano de madera). El nivel más alto medido desde la base del módulo, sin considerar el peralte del anillo de cimentación de 0,30m, alcanza los 4,73m. El espesor de las paredes (muros) del primer piso es de 0,20m y de aproximadamente 0,075m (3pulg.) las del segundo piso. Ambos módulos, en cada piso, tienen vanos para una puerta y dos ventanas. Las ventanas están ubicadas en la dirección lateral (Eje 1 y 2 ver fig. 1) y son de aproximadamente 1,0 x 1,0m; y las puertas están ubicadas en la dirección transversal (Eje B ver fig. 1) y son de 1x1,86m y de 1,0 x 1,67m, en el primer y segundo piso, respectivamente. Ambas ventanas están ubicadas simétricamente y son coincidentes en altura, al igual que las puertas; sin embargo, uno de los paños o ejes transversales está completamente cerrado (sin vanos). Con fines de izaje y transporte desde el patio de construcciones del laboratorio, hasta el lugar de ensayos, se usaron anillos rígidos de cimentación hechos de concreto armado. Estos anillos son de forma cuadrada (3,25 x 3,25 m) y la sección transversal de las vigas que conforman dicho anillo es de 0,30 x 0,30 m. El peso propio de cada anillo de cimentación de concreto armado es de 2868 kgr 2950 kg., apara M1 y M2, respectivamente (ver detalles en Tabla 2). Aunque el proceso constructivo no formó parte del control del laboratorio, la dosificación sugerida para la elaboración de adobes suelo: arena: paja (grass), en proporción volumétrica, fue 5: 1: 1; y para el mortero de asentado, 2: 1: 0. Se usaron adobes hechos con el mismo material pero de diferente geometría, es decir, adobes enteros (24 x 20 x 7 cm) y medios adobes (12 x 20 x 7cm). En la operación de asentado durante el proceso constructivo, los adobes se humedecieron superficialmente, sumergiéndolos brevemente en agua. En el caso de reinicio de asentado en una nueva jornada de trabajo, se humedecieron las superficies de asiento libres de las unidades, regándolos superficialmente. En el amarre usado en los muros se traslaparon las unidades de hiladas contiguas. Los Módulos no se recubrieron con tarrajeo, para no exceder el límite de peso propio máximo de los especímenes de ensayo, impuesto por el laboratorio. En cuanto al sistema de reforzamiento estructural de los módulos, en el primer piso de adobe, ambos módulos contaron con refuerzo natural interno consistente en dos tiras de caña partida ("chancada") alojadas cada cuatro hiladas en juntas horizontales, amarrada en las esquinas. Adicionalmente, el Módulo M2 tuvo un anillo de refuerzo adicional entre el dintel y la viga solera (cada dos hiladas) y sujetadores o conectores de alambre entre ambos elementos (dintel y solera). A diferencia del Módulo M1 que no tuvo ningún tipo de refuerzo externo, el Módulo M2 además de algunas mejoras en el sistema de conexión entre primer y segundo piso (inclusión de un dado de madera en las vigas soleras), tuvo dos rigidizadores metálicos (platinas de 1,0m de largo doblada en mitades en forma de escuadra por 2" de ancho y 1/8" de espesor) en dos esquinas (1B y 2B ver fig. 1), empernados al anillo de madera en la base de la conexión (aunque este detalle fue para corregir algún deterioro ocurrido en la conexión de las esquinas de la viga solera). INF LE Pág. 4

5 La figura 1 muestra las características geométricas típicas (en planta) de los módulos y el sentido del movimiento durante el ensayo de simulación sísmica: Eje B Lado Sur (Control) Eje A Eje 2 VENTANA Eje 2 P U E R T A Sentido del Movimiento 3,25 m 0,30m 0,30m Eje 1 VENTANA Eje 1 Eje B Lado Norte M.U. Eje A 3,25 m Fig. 1. Características geométricas de típicas (en planta) de los Módulos M1 y M2 Después de concluido el proceso constructivo durante la etapa de secado, se notó la presencia de numerosas fisuras en el mortero de barro utilizado en las juntas longitudinales y transversales, correspondientes a ambos módulos, tanto en el primer piso de adobe, como en el tarrajeo usado en el segundo piso. Estas fisuras obedecen posiblemente a contracción de secado, que pudo deberse al alto contenido de arcilla del suelo empleado como mortero en las juntas, a la ausencia de paja, y/o a efectos climáticos, estacionales. Es importante señalar que el espesor de juntas, son de espesor poco uniforme; sin embargo, este hecho es representativo de las características de las construcciones reales de este tipo. 5. CARACTERÍSTICAS DEL ENSAYO Los Módulos fueron sometidos a ensayos dinámicos de simulación sísmica, aplicándoles una señal de comando que corresponde a un sismo real, registrado previamente. El movimiento unidireccional de la plataforma del simulador de sismos (mesa vibratoria), fue coincidente con la dirección lateral del módulo (muros asociados a los ejes 1 y 2, ver fig 1). En ambos casos, se utilizó la misma señal sísmica de comando para el simulador de sismos incrementándose el movimiento secuencialmente en cada fase, de tal modo de simular sismos de intensidad creciente que sean representativos de los sismos frecuentes, ocasionales, raros y muy raros, o equivalentemente, sismos leves, moderados y severos; si es que el espécimen es capaz de resistirlos. INF LE Pág. 5

6 5,1. Fases de Ensayo La definición de las Fases de Ensayo (Desplazamiento Do y Aceleración Ao, máximas de la Mesa) se hizo tomando como referencia ensayos dinámicos previos en módulos tradicionales con y sin refuerzo, realizados en el Laboratorio de EstructurasPUCP. Las cinco (ó seis en el caso de M2) fases de ensayo representan características de intensidad de sismos que van desde Sismos Muy Leves (Fase 1) hasta Sismos Muy Raros (Fase 5 ó superior). Tabla 1. Equivalencia de Intensidades MMI con Valores Nominales de Aceleración (Ao) y de Amplitud (Do) de la Mesa Vibradora Fase de Ao Do Característica del Sismo Ensayo (g) (mm) 1 Muy Frecuente o muy leve, III MM 0,10 1,5 2 Frecuente o Leve, VI MM 0,30 4,5 3 Poco Frecuente o Moderado (Ocasional), VII MM 0,60 9,0 4 Intermedio entre moderado y severo, VIII MM 0,80 12,0 5 Raro o Severo, IX MM 1,00 15,0 6* Muy raro o Catastrófico, X MM 1, (*): Se usó un sismo (Sismo Mayo 70) distinto que el de las fases anteriores Para la equivalencia de los desplazamientos y las aceleraciones de la mesa de ensayo, con las intensidades de Mercalli Modificado, se toman en cuenta los parámetros como: Factor de Suelo, Densidad de Muros y Multidireccionalidad del Sismo Real. La Tabla 1, muestra las aceleraciones nominales (Ao) conjuntamente con los correspondientes desplazamientos (Do) asociados, aplicados en el ensayo de simulación sísmica; sin embargo, debe anotarse que estas equivalencias son sólo referenciales, y su principal objetivo es proporcionar al público no técnico, información cualitativa de la severidad del movimiento sísmico simulado Instrumentación En ambos casos, se colocaron en total 9 transductores (sensores) de desplazamiento lineal (LVDT s) y 15 de aceleración horizontal (acelerómetros) ubicados en lugares específicos (ver Fig. 2), que permitieron medir o registrar tanto la solicitación sísmica de entrada (Ao, Do, Fa), como la respuesta estructural del espécimen (A1 a A14 y D1 a D8). Se registró directamente del ensayo, tanto los desplazamientos (absolutos y a partir de ellos, se calcularon los desplazamientos relativos), así como las aceleraciones; en diferentes niveles o alturas del módulo: en el nivel superior e intermedio de cada uno de los pisos. La ubicación de los instrumentos (en elevación), se detalla esquemáticamente en la figura 2: Los ensayos de simulación sísmica, se desarrollaron en cinco fases ( Módulo M1 en 5 fases; y el Módulo M2, en 6 fases: 5 fases equivalentes a las aplicadas a M1 + fase final, destructiva, con una señal distinta) con distintas solicitaciones, definidas por la aplicación de sismos de intensidad creciente (ver fases definidas en la Tabla 1), usando la misma señal sísmica y variando la amplitud del movimiento de la plataforma del simulador de sismos; precedidos por ensayos de vibración libre (V.L.) antes de cada fase y al final de la última fase, para medir las propiedades dinámicas básicas, INF LE Pág. 6

7 tales como: el período y la frecuencia natural de vibración y el amortiguamiento del espécimen. La señal (solicitación sísmica) fue derivada del registro del sismo de OcoñaArequipa de Junio del 2001, registrado en una estación cercana a Ocoña (f = 6,2 Hz) y correspondiente a un suelo del lugar. Para la fase 6 (de M2), se usó la señal derivada del sismo Mayo de 1970, captado en el Instituto Geofísico del Perú (IGP), correspondiente a las condiciones de suelo de la ciudad de Lima (grava densa), que constituye una de las señales sísmicas peruanas con mayor poder destructivo. La componente N82E de esta señal, es la que con alguno pequeños ajustes, se utilizó en la última fase de simulación sísmica de M2. Para los ensayos de vibración libre se emplearon pulsos (señales impulsivas de corta duración) en forma de onda cuadrada de pequeña amplitud (1,5mm) como señal de comando del actuador estructural de la plataforma de simulación de sismos. Figura 2. Esquema típico de Instrumentación: Ubicación de los sensores de Desplazamiento (Di) y Aceleración (Ai) (Vista frontal en elevación del Módulo) En cada fase de ensayo, se registraron directamente la historia de aceleraciones y de desplazamientos, tanto de la plataforma de simulación sísmica como de cada instrumento colocado sobre el módulo ensayo. De dichos registros se obtuvieron los valores máximos y el instante en que ocurrieron (ver cuadros resumen de estos resultados en el Anexo 3). Con esta información y conociendo la masa (o peso) del sistema, se calculó la fuerza cortante asociada a la base del espécimen en cada fase. Durante los ensayos se utilizaron un total de 25 instrumentos: nueve sensores electrónicos de desplazamientos (LVDT o D), quince acelerómetros (A) y un medidor de presión del actuador dinámico ( P). A continuación se describe la función y ubicación de los instrumentos. Con el medidor de diferencia de presiones ( P) se obtiene la fuerza que acciona la mesa vibradora (Fa), luego, restando el producto de la aceleración de la mesa (Ao) por la suma de las INF LE Pág. 7

8 masas de la plataforma y la cimentación del módulo, se determina la Fuerza Cortante Sísmica (V ó F) asociada a la base del módulo, en cada fase del ensayo. Ao, Do y P corresponden al actuador dinámico que acciona a la plataforma del simulador. Los instrumentos A(1, 2 y 3) y D(1, 2 y 3), ubicados sobre el Eje A, miden la respuesta del nivel superior del segundo piso (a 4,48m de la base). Los instrumentos A4, A5 y A6, ubicados sobre el Eje A, miden la respuesta del nivel intermedio del segundo piso. (a 3,52m de la base) Los instrumentos D(4, 5 y 6) y A(7, 8 y 9) ubicados sobre el Eje A, miden la respuesta en el nivel del entrepiso (en el nivel de la conexión entre adobe y quincha, a 2,58m de la base). Los instrumentos D7, A10, A11 y A12 ubicados en el Eje A y A14 ubicado en el Eje B, miden la respuesta del nivel superior del primer piso (a 1,91m de la base). El instrumento A13 ubicados en el Eje A, miden la respuesta del nivel intermedio del primer piso (a 1,08m de la base) Peso y Transporte de los Módulos Antes de construir cada módulo sobre el anillo de cimentación, el anillo rígido previamente construido fue pesado (W 1 ) empleando una celda de carga intercalada y suspendida del puente grúa. El puente grúa se utilizó para transportar los módulos desde el patio de construcción hacia la mesa vibradora. Cuando los módulos tuvieron la edad suficiente para ensayarlos (considerados completamente secos, a la edad de al menos 28 días después de construidos) y antes de ensayarlos, nuevamente fueron pesados (W T ), incluyendo la cimentación, para posteriormente obtener el peso neto de cada módulo (W 2 = W T W 1 ) y el peso neto por área en planta (W = W 2 /A, donde A = 3,15x3,15 = 9,92m 2. Entonces W M1 = 1166,7 kg/m² (para M1) y W M2 = 1176,5 kgr/m² (para M2). La Tabla 2 muestra los resultados de los pesos registrados: Identificación del Módulo M1 (Tradicional) M2 (Mejorado) Tabla 2. Peso Registrado de los Módulos (kilogramos) Peso / Área w 1 w 2 w T = w 1 + w 2 w = w 2 / A Cimentación Módulo de Adobe + Quincha (Anillo de C A ) Total sobre la plataforma del Simulador de Sismos Peso Módulo / Área (en Planta) (kg /m²) , , Vibración Libre Antes de realizar el ensayo sísmico y al final del mismo, cada Módulo fue sometido a una prueba de vibración libre, consistente en la aplicación de 4 pulsos de pequeña amplitud de 1,5 mm en la mesa vibradora, dejando un tiempo suficiente entre cada pulso para que el módulo pueda vibrar libremente. El objetivo de esta prueba fue verificar la operatividad de los instrumentos y medir las propiedades dinámicas de los módulos (frecuencia y períodos, naturales y amortiguados y el factor de amortiguamiento del Módulo). INF LE Pág. 8

9 6. COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LOS MÓDULOS En términos generales, se puede indicar las siguientes particularidades en el comportamiento sísmico de los módulos ensayados: Para el caso del MÓDULO M1 (TRADICIONAL): Los muros coplanares al sentido del movimiento (de los ejes 1 y 2), se fisuraron primero y luego se agrietaron (se pronunciaron las fisuras iniciales) diagonalmente, a partir de las ventanas hacia las esquinas opuestas. Este hecho se evidenció también, aunque de manera incipiente con fisuras muy finas, en los paneles de quincha del segundo piso. El bloque del segundo piso conformado por paneles de quincha, no experimentó daños apreciables; prácticamente se comportó como sólido rígido sobre el módulo de adobe del primer piso. Sin embargo, las vigas de madera del sistema de piso se deslizaron ligeramente sobre la parte superior de los muros transversales del primer piso (de los ejes A y B, transversales al sentido del movimiento), o dicho de otra forma, la parte superior de los muros de adobe del primer piso, tendieron a separarse, debido a efectos del movimiento transversal al plano de estos muros. Es evidente que, los muros laterales de adobe del primer piso (los contenidos en los ejes 1 y 2, coincidentes con la dirección del movimiento) trabajan fundamentalmente a fuerza cortante coplanar (lo cual genera concentración de esfuerzos debido a la presencia de vanos de las ventanas) y a flexión perpendicular a su plano (y a la dirección del movimiento) debido principalmente al momento volcante que produce el movimiento del simulador de sismos. La parte superior de estos muros y en los extremos del muro, experimentaron fisuración (pequeña). Los muros transversales (de los ejes A y B) también se agrietaron, tanto el delantero que contiene el vano de la puerta, así como el posterior sin vano. Para el caso del MÓDULO M2 (MEJORADO): Hasta la fase 5, los efectos generados son similares pero a menor escala que los ocurridos en el Módulo M1 (fases equivalentes). Sin embargo, a M2 se le aplicó una fase 6 (adicional), definida por un sismo de mayor intensidad (señal sísmica distinta y con una amplitud mucho mayor). El proceso de degradación de resistencia y rigidez en esta última fase, fue mayor. El patrón de agrietamiento final consistió en la propagación de grietas diagonales en los muros de los Ejes 1 y 2 (coplanares a la dirección del movimiento) del primer piso, a partir de los vanos de las ventanas, hacia los ángulos opuestos. Una de las esquinas (intersección de los Ejes 1 y B) se deterioró notoriamente, incluso perdieron verticalidad o se salieron de los planos vertical ortogonales, originalmente. A continuación se describe el comportamiento cualitativo que tuvieron los módulos en las distintas Fases (Tabla 1) del ensayo sísmico. Los ejes de referencia A, B, 1 y 2 están indicados en la figura MÓDULO M1SR (TRADICIONAL) Fase 1. El comportamiento fue prácticamente elástico. No se apreció fisuras adicionales a las de contracción de secado o preexistentes. INF LE Pág. 9

10 Fase 2. Aparición de fisuras finas diagonales o escalonadas a partir de los ángulos de las ventanas hacia las esquinas opuestas, tanto en los muros 1 y 2 (longitudinales) del primero como del segundo, pisos. Fase 3. Como resultado de esta fase, se pronunciaron las grietas generadas en la fase anterior, concentrándose en el primer piso. Fase 4. Agrietamiento de la parte superior del muro longitudinal (de los ejes 1 y 2) y separación de los muros ortogonales en encuentros de las esquinas, principalmente en la parte delantera (eje B). Fase 5. Se pronunció mucho más la separación de los muros en la parte superior. Se notó un separación hasta de 10mm. A pesar del agrietamiento observado, todo el conjunto quedó completamente estable y sin amenaza de colapso o caídas aparatosas. 6,2. MÓDULO M2CR (MEJORADO) Fase 1. El comportamiento fue prácticamente elástico. No se apreciaron fisuras adicionales a las de contracción de secado. Fase 2. Similar a M1: aparición de fisuras finas diagonales o escalonadas a partir de los ángulos de las ventanas hacia las esquinas opuestas, tanto en los muros 1 y 2 (longitudinales) del primero como del segundo, pisos. Fase 3. En esta fase se pronunciaron las grietas generadas en la fase anterior, pero a diferencia de M1 (que se averió más en la parte superior del primer piso), en este caso, las grietas más bien fueron finas y diseminadas. Fase 4. Pronunciamiento de las fisuras del estado anterior. Agrietamiento del muro transversal (del eje B) sobre el dintel de la puerta del primer piso. Fase 5. Pronunciamiento de las grietas existentes en la fase anterior. Hasta esta fase, el estado de fisuración y agrietamiento del Módulo M2, fue menor que el Módulo M1. Fase 6. Se observó el corrimiento o deslizamiento de uno de los extremos del muro (en la esquina donde se interceptan lo ejes B y 1), tanto en la parte superior, como en la inferior, con deterioro progresivo. La presencia del refuerzo horizontal mostró su eficacia y sostuvo la integridad del muro pese al estado de deslizamiento ocurrido (se alcanzó hasta 4,5cm de desplome) A pesar del la intensidad de la solicitación sísmica aplicada al sistema estructural, y el estado de daño observado, éste se mantuvo estable, debido a la presencia del refuerzo de confinamiento interno en las muros. Los Anexos 1 y 2 (para el Módulo M1 y M2, respectivamente), contienen para cada fase de ensayo, los registros gráficos de la respuesta de la estructura en el tiempo, en puntos específicos de interés (aceleraciones y desplazamientos relativos y la fuerza aplicada Fa) y además, otros gráficos procesados de interés para la interpretación de resultados, comparativos de la respuesta entre puntos contiguos o de interés, denominados: Gráficos de Comparación entre Desplazamientos Relativos y INF LE Pág. 10

11 Gráficos de Comparación entre Aceleraciones. La información completa registrada durante el ensayo en todos los instrumentos, está disponible para SENCICO, en un archivo electrónico (CD). El Anexo 3 contiene tablas con el resumen de todos los resultados relevantes (valores máximos), correspondientes a todas las fases, tanto de la plataforma de simulación sísmica (Desplazamiento Do, Aceleración Ao y Fuerza Fa medido a partir de P), como de los módulos ensayados (Desplazamiento Di, Aceleración Horizontal Ai, en todos los puntos seleccionados de los tímpanos y la bóveda). Se incluyen además, las propiedades dinámicas fundamentales de los módulos ensayados (Amortiguamiento crítico y las Frecuencia y Períodos de vibración, naturales y amortiguados) y los valores calculados del Factor de Amplificación Dinámico (FAD). El Anexo 4 contiene el registro fotográfico de todo el proceso. 7. CONCLUSIONES Y COMENTARIOS FINALES Respecto a la Vulnerabilidad Sísmica de los sistemas probados: Debería poder inferirse el nivel de vulnerabilidad de los Módulo M1SR (Tradicional) y M2CR (Mejorado), y qué nivel de seguridad ofrecen para cada tipo de sismo (frecuentes, ocasionales o raros), debido al comportamiento observado y del procesamiento de resultados, y si es que podría usarse sin refuerzo (en el caso de construcciones nuevas) o si se permite seguir usándolas sin acondicionamiento (reforzamiento) externo simple. Respecto a las Propiedades Dinámicas de los Módulos, evaluadas principalmente en la etapa de Vibración Libre, previas a cada fase, se puede decir lo siguiente. La determinación de los valores de las propiedades dinámicas de los especímenes, han sido evaluados a partir de la respuesta de los acelerómetros (ver ubicado en fig. 2). Así, el grado de amortiguamiento, la frecuencia natural y amortiguada, así como los períodos correspondientes, antes de cada fase de ensayo y para cada uno de los Módulos, se resumen en las tablas siguientes (ver mayor detalle en Anexo 3): Fase Módulo M1CR A3 Decremento sobre Aceleraciones Caract. Fase 0 Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 ξ(%) 6,24 7,00 7,79 8,50 10,82 16,72 Td(seg) 0,195 0,120 0,120 0,235 0,303 0,393 ωd(rad/seg) 34,03 54,74 52,73 27,53 21,55 17,31 ωn(rad/seg) 34,11 54,96 52,90 27,70 21,67 17,54 Tn(seg) 0,194 0,120 0,120 0,234 0,300 0,39 INF LE Pág. 11

12 Fase Módulo M2CR A9 Decremento sobre Aceleraciones Caract. Fase 0 Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 ξ(%) 9,70 7,65 12,81 14,65 16,35 7,22 Td(seg) 0,165 0,200 0,095 0,292 0,353 0,290 ωd(rad/seg) 38,08 31,73 66,32 21,67 18,61 21,666 ωn(rad/seg) 38,26 31,85 67,07 21,91 18,86 21,734 Tn(seg) 0,164 0,199 0,094 0,289 0,346 0,289 Nótese que el Amortiguamiento en el caso de M1SR se incrementa conforme aumenta la intensidad del movimiento, desde aproximadamente 6,24 hasta 16,72%; sin embargo, en el caso de M2CR, el amortiguamiento decrece entre la 1ra y 2da fases, de 9,70% a 7,65%, luego se incrementa a 12,81%, 14,65 y 16,35% entre la 3ra, 4ta y 5ta fases y luego decrece a 7,22%, en la 6ta. fase (aunque esto refleja una variación errática) La Frecuencia de vibración tanto natural como amortiguada, del ambos Módulos, se mantuvo aproximadamente constante en las primeras fases, luego se redujeron en las posteriores. Por ejemplo, en el caso de la frecuencia natural, varió entre 34,26 y 17,54 rad/seg para el caso de M1 SR; y entre 38,26 y para el caso de M2. El Período Fundamental de vibración del espécimen, tanto natural como amortiguado, en general se incrementaron, entre 0,194 y 0,39seg para el caso de M1; y entre 0,16 y 0,289 seg para el caso de M2. Una medida del comportamiento elástico del espécimen se refleja observando si la frecuencia o el período fundamental de vibración de la estructura no cambia entre fases. Para este caso, en una de las tablas de resumen de resultados del Anexo 3, puede observarse que el período se mantuvo prácticamente constante en las dos primeras fases de ensayo. En cuanto a la Respuesta Sísmica de los Módulos ensayados, tomando como indicador de ésta, a la Aceleración Horizontal Máxima desarrollada en cada fase, se puede decir que: Esto se puede incluso cuantificar, observando los valores máximos de la respuesta dinámica presentada en las tablas de resultados del Anexo 3. El Módulo M1, desarrolló aceleraciones ligeramente mayores que las correspondientes desarrolladas por el Módulo M2. Se apreciaron efectos torsionales muy pequeños, debido a cualquier asimetría geométrica o de constitución del espécimen; para esto, debe observarse cuidadosamente y comparativamente los resultados de los instrumentos 2 y 3 en el nivel del techo del segundo piso y de 4, 5 y 6 en el sistema de piso intermedio. INF LE Pág. 12

13 Desplaz. Máx. Relativos a la Mesa Vibradora: M1 (No Reforzado) y M2 (Reforzado) Fase Módulo Dr2 (mm) Dr3 (mm) Dr4 (mm) Dr6 (mm) Dr7 (mm) M1SR M1SR M1SR M1SR M1SR M1SR 0,872 5,097 22,583 23,523 32,817 0,900 6,295 23,410 27,038 33,965 0,303 3,194 14,112 15,341 20,260 0,263 3,780 11,716 15,193 21,573 0,373 3,727 13,248 17,897 23,085 M2CR M2CR M2CR M2CR M2CR M2CR 1,054 5,247 23,849 20,795 20, ,419 1,529 4,204 30,368 24,383 28, ,928 0,301 2,618 11,928 12,522 14,566 72,450 0,382 2,141 12,463 16,036 19,810 64,316 0,305 2,052 12,333 17,285 27,868 88,727 Aceler. (g) 0,1 0,3 0,6 0,8 1 1 FASES Desplaz. Máx. Relativos (mm). Módulo M1SR (Tradicional) LVDT Fase1 Fase 2 Fase 3 Fase4 Fase5 Fase6 D2 0,872 5,097 22,583 23,523 32,817 D3 0,900 6,295 23,410 27,038 33,965 D4 0,303 3,194 14,112 15,341 20,260 D6 0,263 3,780 11,716 15,193 21,573 D7 0,373 3,727 13,248 17,897 23,085 Desplaz. Máx. Relativos (mm). Módulo M2CR (Mejorado) LVDT Fase1 Fase 2 Fase 3 Fase4 Fase5 Fase6 D2 1,054 5,247 23,849 20,795 20, ,419 D3 1,529 4,204 30,368 24,383 28, ,928 D4 0,301 2,618 11,928 12,522 14,566 72,450 D6 0,382 2,141 12,463 16,036 19,810 64,316 D7 0,305 2,052 12,333 17,285 27,868 88,727 Aceleraciones Máximas y Fuerza Cortante Basal Máxima (V). Módulos M1SR (Tradic.) y M2CR (Mejorado) Fase Módulo A0 (g) A2 (g) A3 (g) A7 (g) A9 (g) A10 (g) A11 (g) A12 (g) Fa (ton) V (kg) M1SR M1SR M1SR M1SR M1SR M1SR 0,090 0,315 0,636 0,839 1,034 0,228 1,142 1,798 2,073 1,773 0,220 1,316 1,957 2,014 1,835 0,122 0,655 1,032 1,140 1,271 0,132 0,689 0,869 1,087 1,301 0,122 0,632 1,240 1,523 1,390 0,156 0,851 1,600 2,215 1,946 0,128 0,653 1,100 1,349 1,192 3,276 12,080 19,669 25,935 31, M2CR M2CR M2CR M2CR M2CR M2CR 0,088 0,301 0,593 0,799 0,997 0,929 0,211 1,222 1,534 1,399 1,342 1,504 0,262 1,272 1,911 1,976 1,690 1,781 0,115 0,697 1,137 1,089 1,144 1,075 0,116 0,763 1,270 1,473 1,346 1,216 0,121 0,591 1,200 1,339 1,277 1,364 0,131 0,782 1,444 1,573 1,843 1,437 0,121 0,656 1,414 1,491 1,233 1,571 3,214 11,718 18,326 25,204 31,476 26, Aceler. (g) Módulo M1SR (Tradicional) Fase1 Fase 2 Fase 3 Fase4 Fase5 Fase6 A0 0, , , , , A2 0, , , , , A3 0, , , , , A7 0, , , , , A9 0, , , , , A10 0, , , , , A11 0, , , , , A12 0, , , , , INF LE Pág. 13

14 Aceler. (g) Módulo M2CR (Mejorado) Fase1 Fase 2 Fase 3 Fase4 Fase5 Fase6 A0 0, , , , , ,92879 A2 0, , , , , , A3 0, , , , , , A7 0, , , , , , A9 0, , , , , , A10 0,1207 0, , , , , A11 0, , , , , , A12 0, , , , , , El Factor de Amplificación Dinámico (FAD) asociado a la máxima respuesta, desarrollado en cada uno de los Módulos, en cada una de las fases de ensayo, es: Para el Módulo M1, el FAD. es: 2,53 (Fase 1), 4,18 (Fase 2), 3,08 (Fase 3), 2,64 (Fase 4) y 1,88 (Fase 5). Para el Módulo M2, el FAD. es: 2,99 (Fase 1), 4,22 (Fase 2), 3,22 (Fase 3), 2,47 (Fase 4), 1,85 (Fase 5) y 1,92 (Fase 6). Aceler. (g) Módulo M1SR (Tradicional) Fase1 Fase 2 Fase 3 Fase4 Fase5 Fase6 A0 0,090 0,315 0,636 0,839 1,034 A2 0,228 1,142 1,798 2,073 1,773 A3 0,220 1,316 1,957 2,014 1,835 A7 0,122 0,655 1,032 1,140 1,271 A9 0,132 0,689 0,869 1,087 1,301 A10 0,122 0,632 1,240 1,523 1,390 A11 0,156 0,851 1,600 2,215 1,946 A12 0,128 0,653 1,100 1,349 1,192 Amáx 0,228 1,316 1,957 2,215 1,946 FAD 2,525 4,178 3,076 2,639 1,882 Aceler. (g) Módulo M2CR (Mejorado) Fase1 Fase 2 Fase 3 Fase4 Fase5 Fase6 A0 0,088 0,301 0,593 0,799 0,997 0,929 A2 0,211 1,222 1,534 1,399 1,342 1,504 A3 0,262 1,272 1,911 1,976 1,690 1,781 A7 0,115 0,697 1,137 1,089 1,144 1,075 A9 0,116 0,763 1,270 1,473 1,346 1,216 A10 0,121 0,591 1,200 1,339 1,277 1,364 A11 0,131 0,782 1,444 1,573 1,843 1,437 A12 0,121 0,656 1,414 1,491 1,233 1,571 Amáx 0,262 1,272 1,911 1,976 1,843 1,781 FAD 2,991 4,221 3,222 2,474 1,848 1,917 En cuanto a la Respuesta Sísmica de los Módulos, tomando como parámetro indicador de ésta el Cortante Basal V ó (F) máximo en cada una de las fases, es: Para el Módulo M1: El Cortante Basal fue 1461 kg (Fase1), 5663 kg (Fase 2), 7582 kg (Fase 3), 8782 kg (Fase 4) y kg (Fase.5) Para el Módulo M2, el cortante Basal fue: 1379 kg (Fase 1), 5489 kg (Fase 2), 8599 kg (Fase 3), kg (Fase 4), kg (Fase 5) y 8566 kg (Fase 6), que fue la última fase, pero el Módulo permaneció en pie (estable). INF LE Pág. 14

15 Desplaz. Máx. Relativos (mm). Módulo M1SR (Tradicional) LVDT Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 D2 0,87 5,10 22,58 23,52 32,82 D3 0,90 6,29 23,41 27,04 33,97 D4 0,30 3,19 14,11 15,34 20,26 D6 0,26 3,78 11,72 15,19 21,57 D7 0,37 3,73 13,25 17,90 23,09 V (kg) 1460, , , , ,34 Desplaz. Máx. Relativos (mm). Módulo M2CR (Mejorado) LVDT Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 Fase 6 D2 1,05 5,25 23,85 20,80 20,56 119,42 D3 1,53 4,20 30,37 24,38 28,42 113,93 D4 0,30 2,62 11,93 12,52 14,57 72,45 D6 0,38 2,14 12,46 16,04 19,81 64,32 D7 0,31 2,05 12,33 17,28 27,87 88,73 V (kg) 1379, , , , ,65 8. INFORMACIÓN ÚTIL EN EL ANÁLISIS DE RESULTADOS En las tablas del Anexo 3, se presentan los valores máximos captados por cada instrumento (Fig.2) en las distintas fases del ensayo dinámico. Cabe indicar lo siguiente: Los desplazamientos (Dr, en milímetros) son relativos a la mesa vibradora. Las aceleraciones (A, en fracción de la aceleración de la gravedad g ) son absolutas. Los sensores de desplazamiento LVDT no se retiraron hasta el final del ensayo en M1; pero sí, después de la fase 5 en M2. Los acelerómetros no se retiraron en M1 ni en M2, hasta después de concluido todas las fases de ensayo. Los valores máximos pueden presentarse en distintos instantes del movimiento. Los valores indicados con (*) indican que el instrumento se salió de su rango de calibración. 9. COMENTARIOS DEL ASESOR DEL PROYECTO (Ing. L.Z.C.) Los dos especímenes ensayados se comportaron mejor de lo inicialmente previsto, lo que muestra la mejora de comportamiento de la vivienda de adobe con el peso adicional del segundo piso de quincha, que no solo mejora la resistencia en corte y tracción por flexión, sino que mejora el comportamiento de la viga solera de madera sobre el adobe, reteniendo por más tiempo los elementos sueltos que se forman por fisuración inclinada, evitando que se desplacen y caigan fuera de la vivienda. Este comportamiento lleva a pensar que si se mejora la resistencia y rigidez de la vivienda de adobe, por ejemplo con el empleo de revestimiento con malla electrosoldada como ya se ha comprobado, el INF LE Pág. 15

16 conjunto va a aumentar mucho su capacidad resistente por la manera que ha mostrado el segundo piso de quincha de disipar mucha energía aplicada. 10. REFERENCIAS Norma Técnica de Edificación E030. Diseño Sismorresistente. Reglamento Nacional de Construcciones, Octubre de Evaluación de las Viviendas de Adobe Reforzado Construidas por COPASA en la Zona Alto Andina de Arequipa. Proyecto COPASAPUCP. Por Luis Zegarra, Daniel Quiun y Angel San Bartolomé. Febrero del DECLARACIÓN FINAL Los resultados y las conclusiones alcanzados a partir de los ensayos realizados en el laboratorio, son inherentes a los especímenes y ensayos realizados únicamente; y no pueden ser generalizados o extrapolados sin el debido cuidado y asistencia profesional a otros especimenes o módulos con distinta configuración, niveles de refuerzo, condiciones de fijación y/o de conexión entre componentes. El presente Informe consta de cinco Anexos, adicionales a la memoria del mismo. Usarlo parcial e independientemente del documento de la memoria, puede conducir a falsas interpretaciones. Ing Wilson Silva Berríos Ing. Luis Zegarra Ciquero San Miguel, 15 de Diciembre del 2006 INF LE Pág. 16

17 ANEXOS (CONTENIDO) ANEXO 1 MÓDULO M1 SR (CONVENCIONAL): REGISTROS (TIEMPO HISTORIA), PARA LAS FASES 1, 2, 3 y 4, DE: ACELERACIONES DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS FUERZA (Fa) COMPARACIÓN DE ACELERACIONES COMPARACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS ANEXO 2 MÓDULO M2CR (MEJORADO): REGISTROS (TIEMPO HISTORIA) PARA LAS FASES 1, 2, 3, 4, 5 y 6, DE: ACELERACIONES DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS FUERZA (Fa) COMPARACIÓN DE ACELERACIONES COMPARACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS ANEXO 3 MÓDULOS M1SR y M2CR: TABLAS RESUMEN DE VALORES MÁXIMOS, PARA LAS FASES 1, 2, 3, 4, 5 (Y 6) DE: ACELERACIONES MÁXIMAS DESPLAZAMIENTOS MÁXIMOS DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS MÁXIMOS FUERZA (Fa) RESUMEN COMPARATIVO DE ACELERACIONES MÁXIMAS RESUMEN COMPARATIVO DE DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS MÁXIMOS Y FUERZA CORTANTE BASAL MÁXIMA RESULTADOS COMPARATIVOS DE PROPIEDADES DINÁMICAS (VALORES TABULADOS Y GRÁFICOS) ACELERACIÓN MÁXIMA Y FACTOR DE AMPLIFICACIÓN DINÁMICO (VALORES TABULADOS Y GRÁFICOS) DESPLAZAMIENTOS RELATIVOS (Dr i) Y CORTANTE BASAL (F Ó V), MÁXIMOS (VALORES TABULADOS Y GRÁFICOS) ANEXO 4 REGISTRO FOTOGRÁFICO MÓDULOS M1 y M2: (9 páginas 43 fotos) IZAJE, PESADO Y TRASLADO DE LOS MÓDULOS M1 Y M2 DETALLES DEL COMPORTAMIENTO OBSERVADO (ESTADO POSTENSAYO Y PROGRESIÓN DEL AGRIETAMIENTO) INF LE Pág. 17