INFORME DEL MODULO Nº2 COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE UNA VIVIENDA DE ADOBE Y QUINCHA DE DOS PISOS GENERALIDADES El segundo ensayo se desarrolló en el Laboratorio de Estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú (LEPUCP) el día 07 de Diciembre del presente año. El ensayo nos servirá para hacer comparaciones con los resultados del primer modulo ensayado. El diseño estructural se conserva y mas bien se consideran las recomendaciones de los resultados el modulo Nº1. Además dos ángulos de 50cm a cada lado por 2 de alto y 3mm de espesor, fijados con tirafones de 1 ½, éstos ángulos se consideraron básicamente porque la viga solera (sobre la puerta) se agrieto en la instalación. Primero de desarrolló el diseño estructural, para proceder con la elaboración del proyecto, construcción del modulo y desarrollo del ensayo. MEMORIA DE CÁLCULO A continuación se presenta una comprobación de diseño por medio de un Análisis Teórico, basado en las referencias indicadas al final del capítulo. Por medio de este análisis podemos llegar a la conclusión de que los muros de adobe de 21cm de espesor en el primer piso con refuerzo de caña horizontal y los paneles de quincha de 7.5 cm de espesor en el segundo piso (módulo mixto) soportarán fuerzas cortantes y cargas verticales. Para el diseño se verificó con las condiciones de suelo y zonificación sísmica en la zona de costa. MEMORIA DE DISEÑO ESTRUCTURAL El análisis y diseño de las estructuras de adobe y quincha pre-fabricada, se hará para que la estructura en conjunto pueda soportar el efecto de las siguientes cargas: peso propio, cargas muertas, cargas vivas estática y dinámica, además de las cargas de sismo. Los criterios que se consideraron en el diseño son: Los muros de adobe llevaran caña chancada a cada 4 hiladas distribuidos en toda la altura, sobre los muros se superponen vigas soleras con barrotes a cada 20cm,
se consideran dinteles de caña bambú en las 2 ventanas y en la puerta donde 40cm estarán embebidos en los muros de adobe. Los paneles de quincha se unen entre si con clavos de 2 y anclados al entre piso que para este caso es entablado, en las cuatro esquinas se considera columnas cuadradas de 3 anclada a las vigas principales. En la parte superior de los paneles llevaran vigas soleras. En este caso las distancias entre muros es pequeña, por eso consideramos que las estructuras de techos funcionan como diafragma rígido, lo cual nos permite distribuir la fuerza cortante total proporcionalmente las rigideces de los muros, cuando son todos de las mismas características son proporcionales a su longitud. DESCRIPCIÓN DEL CONJUNTO ESTRUCTURAL El tipo de estructuración corresponde al de edificaciones formado por muros de adobe en el primer piso y por paneles de quincha en el segundo piso, ambos tipos de muros en dos direcciones octogonales. Los muros de adobe y de quincha se encargan de transmitir las cargas verticales a la cimentación y tambien tomarán las fuerzas horizontales en ambas direcciones, el refuerzo de caña chancada en los muros de adobe es un aporte para soportar las fuerzas horizontales en ambos sentidos. El módulo esta conformado por dos pisos, el primer piso formado por muros de adobe y fue construido a base de tierra de chacra, arena gruesa, paja y caña bambú; el segundo piso formado por muros de quincha y fue construido a base de madera copaiba (parantes, travesaños y soleras), carrizo redondo, y revoque de barro (tierra de chacra, arena gruesa y paja). El techo del primer piso esta formado por vigas soleras apoyadas en los muros de adobe, sobre éstas las vigas principales y transversalmente el entablado apoyado en las vigas principales. El techo del segundo piso esta formado por vigas principales apoyadas en las vigas soleras que amarran a los paneles de quincha en la parte superior, y perpendicularmente lleva carrizos redondos sujetos por clavos y amarrados con alambres #16 sobre éste se incluye torta de barro de 1 de espesor. ANALISIS Y DISEÑO como: Se realizó el análisis y diseño de los elementos estructurales respectivamente, Cimentación
La cimentación es de concreto armado, no se ha diseñado en este caso porque es existente y estándar para los ensayos en el LEPUCP (ensayos a escala natural). Muros A continuación presentamos el diseño de muros, utilizando las cargas verticales, y analizados por fuerza cortante, etc. Techos Se realizó el diseño de vigas soleras y vigas principales correspondientes. MURO DE ADOBE: DISEÑO ESTRUCTURAL - MURO DE ADOBE f'm: Esfuerzo de rotura nominal f'm = hpila/(<ladobe) Ør: coeficiente de reducción por variabilidad de la resistencia real. Øc: coeficiente de reducción por variabilidad de las cargas. Øe: coeficiente de reducción por excentricidad. ØL: coeficiente de reducción por esbeltez. Los resultados que obtuvierosn en la UNI, sirvio para resumir en esta tabla. COEFICIENTE UN PISO DOS PISOS Ør 0.81 0.63 Øc 0.69 0.7 Øe 0.77 0.5 Por lo tanto: Para edificaciones de un pis fm = 0,43 x ØL x f'm Para edificaciones de dos pi fm = 0,22 x ØL x f'm 1. Chequeo por carga vertical: Esfuerzo de rotura nominal (adobe común) f'm = 8 kg /cm2 Tabla 5-7 Coeficiente de reducción por variabilidad d Ør = 0.81 Coeficiente de reducción por variabilidad d Øc = 0.69 Coeficiente de reducción por excentricidad Øe = 0.77 Altura de muro h = 2.80 m Espesor de muro t = 0.21 m Módulo de elasticidad del muro (adobe com E = 1700 kg/cm2 Tabla 5-7 Longitud mayor del adobe L1 = 26 cm Ancho del adobe L2 = 21 cm Altura del adobe L3 = 7.5 cm Junta estandar j = 2 cm * Cálculo del esfuerzo admisible: Aplicando la efm = Ør x Øc x Øe x ØL x f'm fm = 3.443 ØL (1) De acuerdo al apartado 5.5, para edificaciones de 1 nivel K = 2
α = 2 1 2. 5 E n t o n c e s : 1. 2 8 3 α = 1 8. 7 0 2 7 7 8 2 α = E f i n a l m e n t e : K x h > 1. 2 8 3 α t f ' m 2 6. 6 6 6 6 6 6 7 > 1 8. 7 0 2 7 7 8 2 O K! ( K h ) ^ 2 t ^ 2 0. 2 4 6 3 7 3 0 3 PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ Luego: K x h = 26.6666667 t De la ecuacióne = α x f'm Luego aplicando la ecuacionøl = (0.908^2) x α ØL = Con este valor de la expresión (1), tenemo fm = 0.84821898 kg/m2 * Determinación de los esfuerzos actuantes: Muro en estudio "Eje A" (mas crítico) Largo L = 1.11 m Alto h = 2.8 m Ancho t = 0.21 m Area tributariaat = 2.512225 m2 Area de la secas = 0.2331 m2 Se puede establecer el metrado de cargas siguiente: Descripción Peso Unit. Und Area/VolumenPeso Parcial Observacion Entrepiso Peso del enta 20 kg/m2 2.512225 50.2445 Tabla 8.10 Peso de la vig 15.2 kg/m2 2.512225 38.18582 Tabla 13.4 Peso de la sol 2.6 kg/m2 2.512225 6.531785 Tabla 13.4 Cobertura Peso de cobe 35 kg/m2 2.512225 87.927875 Tabla 13.6 Peso de vigue 9.8 kg/m2 2.512225 24.619805 Tabla 13.4 Muro Peso de muro 1800 kg/m3 0.65268 1174.824 Carga Viva Entrepiso 100 kg/m2 2.512225 251.2225 Techo 0 kg/m2 2.512225 0 Total (P) 1633.55629 kg factuante = 0.70079635 kg/cm2 entonces: factuante < fm OK!
3 L x t E n t o n c e s : f v = 0. 9 3 4 3 9 5 1 3 k g / c m 2 v r = 0. 9 1 3 8 6 8 0 2 k g / c m 2 f h = 2. 4 9 9 5 2 5 7 k g / c m 2 M m á x = d o n d e : w = H σ = 0. 7 0 0 7 9 6 3 5 k g / c m 2 μ = 0. 1 5 k g / c m 2 f = 1. 0 9 w : e s l a i n t e n c i d a d d e l a f u e r z a h o r i z o n t a l p o r m e t r o l i n e a l d e a l t u r a. t a m b i e n : H = C m x P d o n d e : C m = S x U x C H : f u e r z a s i s m i c a e n l a b a s e d e l m u r o. S = 1. 2 T a b l a 5-9 C m : c o e f i c i e n t e s i s m i c o. U = 1 T a b l a 5-1 0 h C = 0. 2 T a b l a 5-1 1 C m = 0. 2 4 H = 3 9 2. 0 5 3 5 0 8 k g w = 1 4 0. 0 1 9 1 1 k g / m a = h = 2. 8 m β = 0. 5 M u r o n o a r r i o s t r a d o L = 0. 3 9 6 4 2 8 5 7 e n t o n c e s : a 5 4 8. 8 7 4 9 1 2 k g - m * D e t e r m i n a c i ó n d e l M o m e t o R e s i s t e n t e : M r = f v x t ^ 2 M r = 6 8. 6 7 8 0 4 2 k g - m 6 P o r l o t a n t o : M m á x < M r 5 4 8. 8 7 4 9 1 2 < 6 8. 6 7 8 0 4 2 N O A C E P T A! * C h e q u e o c o m p l e m e n t a r i o p o r c o m p r e s i ó n : e = M m á x e = 3 3. 6 c m P PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ 2. Chequeo de cargas horizontales perpendiculares al plano: * Determinar el Esfuerzo Resistente Admisible en flexión en el plano vertical: fv = 4 σó σ = P * Determinación del Esfuerzo Resistente Admisible en flexión en el plano horizontal: fh = 1.88 x νr x c x ((c/t)^2)+donde: c = L1 - j 12 cm z 2 z = L3 + j = 9.5 cm pero tambien: vr = μ + f x σ * Determinación del Momento Flector actuante: β x w x a^2 M máx. =
L x t e n t o n c e s. V a d : E s f u e r z o c o r t a n t e a d m i s i b l e. p o r l o t a n t o : V a < V a d V a d = 0. 4 1 1 2 4 0 6 1 k g / c m 2 0. 1 6 8 1 9 1 1 2 < 0. 4 1 1 2 4 0 6 1 O K! PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ * Para que el muro trabaje solo a compresión se debe cumplir: e t t = 3.5 6 6 33.6 3.5 NO ACEPTA! 3. Chequeo por cargas horizontales que actúan en el plano del muro: * Verificar los esfuerzos cortantes: Va = Cm x P ó Va = Cm x σ Vad = 0.45 x (μ + f x σ) Va = 0.168 kg/cm2 Se adjuntaran archivos en excel de los cálculos restantes. ENSAYO Nº2 El movimiento sísmico se aplicó en dirección x (perpendicular al muro de la puerta), se desarrolló en 5 fases quienes se muestran a continuación: Señal de comando: Sismo de Ocoña (f = 6,2 Hz). Fase Aceleración (x g) Vibración libre inicial 1,5 mm 1 0.10 Vibración libre post fase 1 1,5 mm 2 0.30 Vibración libre post fase 2 1,5 mm 3 0.60 Vibración libre post fase 3 1,5 mm 4 0.80 Vibración libre post fase 4 1,5 mm 5 (*) 1.00 (*) Dependiendo del resultado del la fase 4.
Se le aplicó una fase 6 pero con la señal de Mayo 70 con una aceleración de 1.0g. RESUMEN DEL ENSAYO Antes de iniciar cada fase se realiza la vibración libre con un desplazamiento de 1.5mm. En la primera fase no se apreciaron fisuras. En la segunda fase aparecieron fisuras muy finas en la parte superior e inferior de las ventanas en forma escalonada en el sentido de las juntas (diagonalmente). En la tercera fase se pronuncian las fisuras que aparecieron en la fase anterior y aparecen otras fisuras muy finas que nacen del dintel hacia las esquinas superiores, formando triangulaciones escalonadas. Aparecen fisuras en las esquinas inferiores de las ventanas en forma escalonada. En la cuarta fase se pronuncian las fisuras de la fase anterior en las esquinas superiores de los encuentro entre muros de ventanas con el muro de la puerta, pronunciándose las triangulaciones escalonadas. Aparecen fisuras formando triangulaciones escalonadas en la esquina inferior derecha entre muro de ventana con muro de puerta (se aprecia en la foto). En la quinta fase las fisuras de la fase anterior se convierten en grietas, se pronuncian las triangulaciones escalonadas en las dos esquinas de unión entre muros de ventana con muro de puerta. En la sexta fase las gritas se pronunciaron significativamente, hubieron deslizamientos hasta de 10cm, también se produjo desprendimiento de adobes en una de las esquinas (encuentro de muro de ventana con muro de puerta), como se aprecia en las fotos. A pesar de estas grietas el modulo queda estable, hubo desprendimiento de adobes y mortero pero no hubo colapso, el muro de quincha quedó deslizado sobre el muro de adobe aproximadamente 5.0cm.
CONCLUSIONES 1. El segundo ensayo cubrió las expectativas, de acuerdo a los diseños y cálculos teóricos. 2. El muro de adobe se comportó mejor con respecto al primer modulo, gracias al aporte de la caña considerada a dos hiladas sobre los dinteles (todo el perímetro). 3. Con el sismo de Mayo 70 se demostró el buen funcionamiento de la caña chancada a cada cuatro hiladas en los muros de adobe, los paneles de quincha demostraron su flexibilidad ante la fuerza horizontal del movimiento sísmico. 4. El segundo piso (muros de quincha) absorvieron la energía que disiparon los muros de adobe al aplicarle el movimiento sísmico. 5. Las vigas soleras del adobe se comportaron mucho mejor que en el módulo, el dado recomendado en el primer ensayo si fue efectivo. La viga collar funciono como un solo diafragma rígido. 6. Los dos ángulos en las vigas soleras también aportaron, ayudando a que la viga collar se comporte como un solo diafragma. 7. Las áreas mas afectadas fueron en la esquina superior e inferior de la unión entre muro de ventana con muro de puerta (lateral izquierda), como se aprecian en las fotos. 8. En el muro de adobe (lateral derecho), se produjo una grieta de 2.5cm, nace en la esquina inferior de la ventana y se pronuncia en forma diagonal escalonada. 9. Los muros de quincha antes del ensayo presentaban fisuras naturales producidas por la contracción del barro cuando se seca. Luego del ensayo se pronunciaron las fisuras pero en general quedo estable, no sufrió daños significativos. 10. En conclusión luego de este ensayo se puede considerar como un sistema de construcción para la población, con garantía porque no colapso pero para sismos hasta de aceleración 1.0g. 11. Es importante el proceso constructivo desde la obtención de los materiales, elaboración de adobes, elaboración de paneles de quincha, y mucho cuidado con los controles de proporciones de materiales y agua. Adobes 5:1:1 (tierra de chacra, arena y paja), mortero 3:2:1 (tierra de chacra, arena y paja), el revoque en la quincha y en el techo 3:1:1 (tierra de chacra, arena y paja). 12. Es importante los resultados de otras tesis porque podemos encontrar muy buenas recomendaciones para mejorar las investigaciones. RECOMENDACIONES 1. Mejorar el proceso constructivo especialmente en las esquinas (amarres entre adobes) para evitar los agrietamientos en forma triangular escalonada que se formó en las dos esquinas superiores e inferiores de los muros de ventanas y de puerta, como se muestra en las fotos. 2. Que sigan las investigaciones para mejorar este tipo de vivienda y sea un aporte importante para la población.
ANEXO DE FOTOS FASE 1:
FASE 2:
FASE 3:
Grieta diagonal escalonada. Grieta diagonal escalonada.
FASE 4:
Grietas en triangulación escalonada. Grietas diagonales escalonadas.
FASE 5:
Areas con fallas mas criticas.
FASE 6:
Areas con fallas mas criticas.
Esquina superio. Esquina inferior.
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