aceros aqp- ica albañileria

Pontificia Universidad Catlica del Per Ing. Daniel Quiun

CRITERIOS PARA CONSTRUCCIONES DE LADRILLO MAS SEGURAS

Por: DANIEL QUIUN W. Profesor Principal, Pontificia Universidad Catlica del Per Miembro del Comit de Albailera SENCICO CONTENIDO 1. INTRODUCCIN 1.1. Breve historia de la albailera. 1.2. Normas de Diseo y Construccin en el Per. 1.3. Alcances y definiciones. 2. COMPONENTES DE LA ALBAILERA 2.1. Unidades de albailera. Procesos de fabricacin y ensayos de clasificacin.

Unidades de arcilla, concreto y slico-calcreas. 2.2. El mortero. Componentes. Clasificacin. Mortero industrial. 2.3. El mortero fluido y el concreto fluido (grout). Componentes. Ensayos de

compresin. 2.4. El concreto y el acero. 3. PRUEBAS DE ALBAILERA SIMPLE 3.1. Prismas y ensayos de compresin axial. Mdulo de elasticidad Em y resistencia a

compresin fm. 3.2. Muretes y ensayos de compresin diagonal. Mdulo de corte Gm y resistencia a

corte vm. 4. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIN 5. ANLISIS Y DISEO ESTRUCTURAL 5.1. Sismo moderado. 5.2. Sismo severo. 6. COMPORTAMIENTO SSMICO 6.1. Fallas por corte. 6.2. Fallas de traccin por flexin. 6.3. Interaccin tabique-prtico. 6.4. Otras fallas. REFERENCIAS


CAP. 1 INTRODUCCIN 1.1 BREVE HISTORIA DE LA ALBAILERA En los primeros aos del siglo XX, muchas viviendas unifamiliares (casas de 1 a 3 pisos) y viviendas multifamiliares (edificios de 3 a 5 pisos) se levantaron usando albailera simple de ladrillo macizo, tanto para muros portantes como no portantes. En estos edificios antiguos, los muros portantes tienen 0.25m de ancho independientemente del nmero de pisos. Los muros no portantes interiores usualmente tienen 0.25 o 0.15m de ancho y se denominaban muros de amarre. Muchos de estos edificios han soportado varios sismos, muy probablemente a que estn sobre suelo de buena calidad y a que cuentan con una alta densidad de muros en las direcciones principales de la estructura, ver fig. 1 (San Bartolom, 1994).

Aproximadamente desde 1940 se introdujo las columnas de concreto como elementos de confinamiento en muros portantes, los que adems funcionaban como arriostres para carga perpendicular a su plano. Este tipo de refuerzo en la albailera en el Per an careca de estudios experimentales y de ingeniera. Luego, la necesidad de mayores espacios en construcciones urbanas llevaron al uso de muros ms delgados, de 0.15m o menos, reduciendo la densidad de muros (rea de muros respecto al rea en planta). El terremoto de 1970 produjo algunos colapsos de edificios de 2 pisos en Chimbote, los que eran de albailera simple (sin columnas). Este terremoto mostr claramente la necesidad de incorporar refuerzos a estas edificaciones. La albailera confinada se volvi el sistema constructivo ms popular para edificaciones de baja y mediana altura en las ciudades. Segn el reglamento, stas podan ser de hasta 5 pisos, para evitar la necesidad de incluir ascensores. Entre 1961 y 2005, se han desarrollado cinco censos nacionales de vivienda en el Per, adems de otros ms de poblacin. Una pregunta significativa del censo de vivienda es Cul es el material predominante en las paredes? Al comparar los 2 ltimos censos de vivienda, se observa que los muros de ladrillo y de bloques han desplazado al adobe como el material predominante (Tabla 1).

Fig. 1.- Edificios antiguos de albailera simple en Lima


Tabla 1. Material predominante en las paredes de la vivienda, como porcentaje del total

(INEI 2005, 1993)

Material de la pared 1993 2005 Ladrillos y bloques 35.7 % 45.9 % Adobe 43.3 % 37.0 % Otros: Madera, paja, piedra, etc. 21.0 % 17.1 %

En 1982 se promulg la primera norma moderna de diseo y construccin de albailera (ININVI), la que tena algo de respaldo experimental pero que adoleca an de temas no investigados en las condiciones peruanas de materiales y mano de obra. Esta norma permiti a los ingenieros proyectar y construir edificios de hasta 5 pisos de albailera confinada de 0.15m de ancho (fig. 2 izq.), adems de edificios de albailera armada. En los ltimos 30 aos, el crecimiento de construcciones populares e informales han mal interpretado la manera como debe trabajar la albailera confinada. Se piensa equivocadamente que las columnas y vigas de concreto son ms importantes que el muro de albailera, es decir se le presta cada vez menos atencin a la calidad del muro (materiales y mano de obra). Tan es as, que se usan erradamente ladrillos huecos y ladrillos tubulares para muros portantes de carga vertical y de sismo. En forma paralela, se han levantado diversas edificaciones de albailera armada, bsicamente de viviendas en Lima (fig. 2 centro). Otras edificaciones que utilizan ladrillos para muros de albailera portantes y no portantes son oficinas, hoteles, restaurantes, hospitales y centros educativos. En comn, se trata de edificaciones de pocos pisos (fig. 2 der.).

Los recientes terremotos han demostrado la importancia de: 1) tener una buena densidad de muros y 2) usar ladrillos macizos, para prevenir daos. Varias casas en Tacna (2001) y en Pisco (2007) han colapsado o tienen daos severos por estas causas. En Nasca (1996), Arequipa y Moquegua (2001), y Pisco e Ica (2007) se han observado daos importantes en edificios educativos y otros por la presencia de tabiques de albailera que han interactuado con columnas de concreto.

Fig. 2.- Edificios de albailera confinada (izq.), albailera armada (centro) y edificios educativos (der.) en Lima


1.2 NORMAS DE DISEO Y CONSTRUCCIN EN EL PER El REGLAMENTO NACIONAL DE CONSTRUCCIONES aprobado por D.S. N 039-70-VI de 1970 y N 063-70-VI (10ma. Edicin de Bonilla, 1980) es el primer documento que indica cmo proyectar las Construcciones con paredes portantes de ladrillos, sometidas a cargas gravitatorias y ssmicas. En resumen, se indicaba que los muros portantes deban ser de ladrillos macizos. Estas construcciones podan alcanzar como mximo 4 pisos, sin sobrepasar 15 m de altura. El espesor mnimo de una pared portante, libre de tarrajeo era de 25 cm. Las columnas de amarre de concreto armado, deban colocarse a una distancia mxima de 5 m debidamente ancladas en la cimentacin y en cada techo. Sobre todas las paredes perimetrales o portantes, deban colocarse en cada nivel del techado, vigas collar de concreto armado (que amarren las columnas), las que se podan quedar dentro del espesor del techo si ste es mayor que 15 cm. Los vanos necesarios para puertas y ventanas, deban ser reforzados con dinteles, y columnas si fuera necesario, para que el muro pueda cumplir con la funcin estructural que le es asignada. El espesor mnimo de muros de arriostre era de 15 cm. El refuerzo mediante columnas de amarre no era requisito para los muros de arriostre. En cuanto al proceso constructivo, los ladrillos deban ser embebidos de agua antes de ser asentado. El asentado con mortero (de una resistencia mnima de 60 kg/cm2), el cual deba rellenar ntegramente los espacios vacos que queden entre ladrillos. El diseo ssmico se basaba en la fuerza H:

H = U C1 P El coeficiente C1 variaba con el nmero de pisos. En un edificio comn de oficinas, de departamentos, casas residenciales, etc., el coeficiente U era 1.0 y 1.2 para edificios pblicos, todos ubicados en la zona de mayor Sismicidad, llamada Regin 1 (Arequipa, Moquegua, Tacna y parte sur de Ica y Ayacucho). La tabla 2 indica los valores de la fuerza H.

Tabla 2.- Fuerza de diseo para edificios en la Regin de mayor sismicidad segn reglamento de 1970

Altura del edificio H edif.

comunes H edif. pblicos

Hasta 2 pisos 0.16 P 0.192 P 3 pisos 0.14 P 0.168 P 4 pisos 0.12 P 0.144 P


LAS NORMAS DE DISEO SISMO-RESISTENTE, PARTE DEL RNC DEL MINISTERIO DE VIVIENDA Y CONSTRUCCIN (OIN 1977) El captulo 3 trata sobre Construcciones de Albailera es un documento predecesor de la Norma E.070 de 1982. Destaca que se considera el conjunto estructural como:

a) Cimentacin b) Muros portantes c) Elementos de confinamiento d) Elementos de arriostre e) Techos.

Las unidades de ladrillos y bloques, se clasificaban de acuerdo al peso especfico, la resistencia a la compresin, la resistencia a la flexin, y a la absorcin. Aparece la forma de determinar la resistencia a la compresin de la albailera (fm), mediante 3 mtodos: 1) prismas de prueba; 2) a partir de la resistencia de la unidad: y 3) a partir de la resistencia de unidades estandarizadas. Esto indica que se reconoce la necesidad de hacer ensayos de laboratorio para conocer bien las propiedades del material, pero no hay mayores exigencias dadas las limitaciones de la poca. Para efectos de diseo se establecen valores de esfuerzos admisibles, a compresin axial, a compresin por flexin, a traccin por flexin, a corte, a compresin de apoyo. Se distingue entre albailera convencional (simple o confinada) y albailera armada. Los elementos de confinamiento de concreto armado, se denominan vigas collar y columnas de amarre. Las dimensiones de los confinamientos y su armadura se dan con frmulas para diseo por corte, en funcin de V= fuerza cortante en el pao confinado. El diseo ssmico se basaba en la fuerza cortante basal H:

PRd

CSUZH =

Respecto a la expresin del reglamento anterior, se ha separado el factor de zona Z del factor de uso U, se ha introducido el factor de suelo S, y se ha aclarado que el factor C es el coeficiente de amplificacin ssmica, mientras que el divisor Rd se denomin factor de reduccin por ductilidad. En el caso de albailera confinada o armada, se especificaba que Rd=2.5. Para un edificio comn de 3 o 4 pisos, ubicado en la zona de mayor sismicidad, sobre buen suelo, los factores son; Z=1, U=1, S=1, C=0.4, con lo cual la fuerza H (comn) = 0.4/2.5 P = 0.16 P. En un edificio de uso pblico, U=1.3, por lo que la fuerza aumentaba a H (pblico) = 0.208 P. Si adems estaba sobre suelo malo, S=1.4, y H = 0.224P y 0.291P, respectivamente. Fig. 3.- Zonificacin ssmica -1977


NORMA de ALBAILERIA E-070 (1982) Aprobado por R.M. del 29 de enero de 1982, reemplaza en todas sus partes al Captulo 3 Construcciones de Albailera de las Normas de Diseo Sismo-Resistente del Reglamento Nacional de Construcciones (1977). Esta norma ha tenido una larga vigencia, hasta la promulgacin de la actual (2006). En cuanto al diseo estructural, se mantiene el mtodo por esfuerzos admisibles, y se le otorg a la presencia de cal en el mortero un premio consistente en un aumento de los esfuerzos admisibles respecto a morteros sin cal. Esto se refleja en el diseo por flexin de muros no portantes en un factor de 1.33, en el diseo de traccin por flexin y en el diseo por corte en muros portantes. Se establecen requisitos ms precisos respecto a la unidad de albailera, el mortero, el mortero fluido (para albailera armada) y la mano de obra. En cuanto a la construccin de albailera confinada hay recomendaciones sobre el espesor de las juntas (10 mm mnimo), el tratamiento de unidades previo al asentado (ladrillos de arcilla: inmersin en agua antes del asentado), que no se asiente ms de 1.20m de altura en una jornada, etc. Para el diseo ssmico se mantena la misma fuerza cortante basal H de la norma 1977. Con la modificacin de la Norma Ssmica en 1997 y en el 2003, la fuerza cortante basal se denomina ahora V y los valores de los factores se modificaron.

PR

CSUZV =

Para un edificio comn de 3 o 4 pisos, ubicado en la zona de mayor sismicidad, sobre buen suelo, los factores son; Z=0.4, U=1, S=1, C=2.5, R=6, con lo cual la fuerza V (comn) = 0.4x2.5/6 P = 0.167 P. En un edificio pblico, U=1.3, y V (pblico) = 0.217 P. Si adems est sobre suelo malo, S=1.4, y V = 0.233P y 0.303P, respectivamente. La Norma Ssmica del 2003 indica que en las edificaciones de albailera se debe usar R=6 si se mantiene el diseo por esfuerzos admisibles, mientras que R=3 para diseos a la rotura. Como se puede ver, las fuerzas ssmicas de diseo han ido aumentando de valor conforme los sismos permiten conocer los defectos en construcciones que se daan y el avance tecnolgico permite realizar ensayos y conocer el comportamiento estructural.

Fig. 4.- Zonificacin ssmica 1997 y 2003 (vigente)


NORMA de ALBAILERIA E-070 (2006) Aprobado por D. S. N 011-2006 - VIVIENDA del 5 de mayo del 2006, el Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) reemplaza en todas sus partes al Reglamento Nacional de Construcciones RNC de 1970 y complementos. El RNE contiene 66 Normas Tcnicas, entre Habilitaciones Urbanas, Arquitectura, Estructuras, Instalaciones Sanitarias, Instalaciones Elctricas, y otras. Entre estas nuevas normas se halla la nueva E.070 Albailera, producto de ms de 5 aos de reuniones del Comit especializado, formado por SENCICO con representantes de universidades, colegios profesionales, fabricantes, constructores, etc. La nueva Norma E.070 Albailera (2006) contiene 10 captulos. Respecto a la norma anterior de 1982 hay modificaciones en los materiales, procedimientos de construccin, estructuracin, anlisis y diseo estructural, e introduce el efecto de interaccin tabique-prtico. El resto de este documento se refiere bsicamente a lo indicado en esta norma vigente, y en mejoras que se le pueden aadir para una futura versin. 1.3 ALCANCE Y DEFINICIONES Hasta 1977 se podra decir que la albailera ha sido emprica y por tanto ha carecido de ingeniera. La construccin de edificaciones con muros portantes excesivamente gruesos, el uso de muros delgados para la direccin no portante, la falta de conceptos claros sobre el comportamiento estructural, la ausencia de armadura, y la utilizacin de configuraciones incorrectas han llevado a edificaciones inseguras que en algunos casos han producido desastres estructurales. Esto implica que las edificaciones de albailera no reforzada, con poca densidad de muros, que han tenido un comportamiento ssmico sumamente frgil, no se contemplan en esta Norma. El sistema de construccin de edificios ms popular en las zonas urbanas del Per es la albailera confinada. En otros se usa la albailera armada. En estos sistemas, los muros son estructurales, es decir deben ser capaces de resistir cargas verticales de gravedad y horizontales de sismo. Para ello, los muros deben estar conformados por materiales de calidad reconocida, y deben ser levantados siguiendo un procedimiento de construccin adecuado y ser debidamente reforzados. Es por ello que la Norma hace especial nfasis en estos aspectos. Los sistemas de albailera no convencionales (fuera de esta Norma), debern ser aprobados por el Ministerio de Vivienda, Construccin y Saneamiento luego de ser evaluados por SENCICO. En resumen, la albailera es muy frgil en traccin. Por tanto, para su uso en edificaciones debe ser convenientemente construida y reforzada. Albailera o Mampostera.- Material estructural compuesto por unidades pegadas. El pegamento se llama mortero (cemento, arena, cal). En el caso del adobe el mortero suele ser de barro. Otra nueva es la albailera de juntas secas. Por tanto, la albailera:

Es un material heterogneo y anisotrpico. Tiene buena resistencia a la compresin (por la unidad). Tiene poca resistencia a la traccin (por la adhesin entre unidades).


Adobe. Bloque macizo de tierra sin cocer, puede contener paja u otro material que mejore su estabilidad frente a agentes externos (paja, guano, ichu, asfalto). Ladrillo. Unidad de albailera que se maneja con una sola mano. Materia prima: Arcilla, Concreto de cemento Prtland, Slice cal. Se forma mediante moldeo compactado o por extrusin. En forma artesanal es quemado en hornos a lea o carbn. En forma industrial es quemado con temperatura controlada en hornos tipo tnel. Bloque. Unidad de albailera que se maneja con las dos manos (al ser ms grande y pesado que el ladrillo). Contiene alvolos para asirlos; adems all se coloca la armadura y concreto lquido, llamado grout (concreto con o sin agregado grueso, de consistencia fluida). Confinamiento. Conjunto de elementos de concreto armado, horizontales y verticales, cuya funcin es la de proveer ductilidad a un muro portante. Mortero. Material empleado para adherir horizontal y verticalmente a las unidades de albailera. Tabique. Muro no portante de carga vertical, utilizado para subdividir ambientes o como cierre perimetral TIPOS DE ALBAILERA REFORZADA: Alb. CONFINADA. La armadura es colocada en elementos de concreto armado, verticales y horizontales, que enmarcan el muro de albailera. El sobrecimiento (sin armar) se acepta como confinamiento horizontal. Alb. ARMADA. La armadura es colocada difundida vertical y horizontalmente, en alvolos o canales de las unidades o en las juntas de mortero. Los alvolos se llenan luego con concreto lquido (grout). Cada uno de los materiales que componen la albailera debe cumplir ciertas propiedades mnimas. La albailera misma tambin debe tener unas propiedades estructurales medibles como su resistencia y su rigidez. Estas propiedades se pueden medir mediante algunos ensayos de laboratorio usando muestras representativas de los mismos. El resultado de estos procedimientos de control es un informe de la calidad de los materiales y de la albailera. De este modo, se puede decir si la albailera es capaz de soportar las cargas previstas.


CAP. 2 COMPONENTES DE LA ALBAILERA 2.1 UNIDADES DE ALBAILERA Para la construccin de muros portantes de albailera confinada, los ladrillos deben ser slidos o macizos. Se debe descartar el uso de bloques huecos y de unidades tubulares. La unidad de albailera slida o maciza se ha redefinido (artculo 3.26), como aquella cuya seccin transversal en cualquier plano paralelo a la superficie de asiento tiene un rea igual o mayor que el 70% del rea bruta en el mismo plano. La norma anterior exiga que la seccin transversal tenga un rea igual o mayor al 75% del rea bruta. Las investigaciones experimentales realizadas indican que la resistencia ante diversas solicitaciones, en especial la resistencia al corte de la albailera (vm), no sufre mayores alteraciones por el incremento de rea de huecos que ahora se permite hasta un 30% del rea bruta (San Bartolom 1994, 2007) Sin embargo, en el mercado nacional predominan unidades de arcilla y de concreto (ladrillos y bloques) con mayores reas de huecos (40% o ms) que no califican como unidades aptas para muros portantes (fig.5 izquierda y centro). La falla por corte de muros hechos de estas unidades han sido frgiles y conducen a un deterioro de la albailera que puede llevar a reparaciones demasiado costosas. Esto se ha dado tanto en ensayos de laboratorio (San Bartolom 1994, 2007) como en edificios reales en el sismo del 2001, en especial en la provincia de Tacna donde se siguen usando indebidamente bloques de concreto artesanales que exhiben un 50% de huecos, para muros portantes (fig.5 derecha). La clasificacin de las unidades con fines estructurales la da la Tabla 1 de la Norma. Las propiedades requeridas son la variacin de dimensiones, el alabeo y la resistencia a compresin (fig. 6). La tabla 2 de la Norma 2006 da limitaciones para el uso de cada clase de unidad de albailera para fines estructurales. En la zona ssmica 1, la de menor sismicidad, para muros portantes se permite el uso de unidades huecas, y el uso de unidades tubulares hasta dos pisos. Este ltimo caso an requiere de ms estudios del comportamiento estructural y constituye una lnea de investigacin vigente.

Fig. 5. Fallas frgiles en unidades con ms de 30% de huecos (izq, centro) y bloques de concreto artesanales usados en Tacna (der.)


TABLA 2 LIMITACIONES EN EL USO DE LA UNIDAD DE ALBAILERA PARA

FINES ESTRUCTURALES ZONA SSMICA 2 Y 3 ZONA SSMICA 1

TIPO Muro portante en edificios de 4 pisos a ms

Muro portante en edificios de 1 a 3 pisos

Muro portante en todo edificio

Slido Artesanal Slido Industrial

No

S

S, hasta dos pisos

S

S

S

Alveolar S

Celdas totalmente rellenas con grout

S Celdas parcialmente

rellenas con grout

S Celdas

parcialmente rellenas con grout

Hueca No No S

Tubular No No S, hasta 2 pisos

2.2 MORTERO El uso de la cal en el mortero se ha vuelto optativo. La tabla 4 de la Norma 2006 indica dos tipos de morteros para muros portantes y otro para no portantes: tipo P1 cemento: cal: arena 1: 0 a : 3 a 3 ; tipo P2 cemento: cal: arena 1: 0 a 1/2: 4 a 5 tipo NP cemento : arena 1:6 Estos morteros han dado buenos resultados en muros ensayados en laboratorio, para pegar unidades de arcilla especialmente. En el caso de nuevas unidades de concreto industriales, queda an pendiente de estudio la mejor proporcin para el mortero, y si es o no necesario el uso de la cal. Se acepta adems el uso de morteros de fabricacin industrial o pre-mezclados (fig. 7). Una ventaja respecto a los preparados en obra es la dosificacin correcta, adems de mejorar el almacenaje de materiales en la obra.

Fig. 6. Pruebas de la unidad: alabeo (izq., cent.), resistencia a compresin (der.)


2.3 MORTERO FLUIDO Y CONCRETO FLUIDO Se usan en albailera armada para llenar los alvolos. El concreto lquido o grout se clasifica en fino y en grueso. El grout fino (fig. 8 izq.) se usa cuando la dimensin menor de los alvolos de la unidad de albailera es inferior a 60 mm y el grout grueso (fig. 8 der.) se usa cuando esta dimensin menor es igual o mayor a 60 mm. 2.4 CONCRETO Y ACERO El concreto en elementos de confinamiento debe tener una resistencia mnima de fc=175 kg/cm2. Debe prepararse segn indica la Norma E.060 Concreto Armado. El acero de refuerzo en los confinamientos debe ser corrugado, con esfuerzo de fluencia fy=4200 kg/cm2. Slo se permite el uso de barras lisas en estribos y armaduras electrosoldadas usadas como refuerzo horizontal.

Fig. 7. Mortero para asentado, preparado artesanal (izq.) y opciones industriales premezclados.

Fig. 8. Grout fino y grueso para albailera armada


CAP. 3 PRUEBAS DE ALBAILERA SIMPLE 3.1 PRISMAS Y ENSAYOS DE COMPRESIN AXIAL. Mdulo de

elasticidad Em y resistencia a compresin fm. La medicin de la resistencia a compresin (fm) ha cambiado en cuanto al rea a utilizar. En la Norma de 1982 se empleaba el rea neta cuando se trataba de unidades huecas (ms de 25% de huecos en la cara de asentado) y el rea bruta en unidades slidas o unidades huecas con alvolos rellenos. Esta forma de medicin arrojaba en muchos casos, mayores valores de fm en unidades huecas que en unidades slidas. En la Norma de 2006 todas las reas a utilizar en la evaluacin de la resistencia fm son reas brutas. Asimismo, el clculo en s de fm ha variado, de la ecuacin [1] a la ecuacin [2]. Resist. a compresin 1982: fm = fm (prom.) x [1-1.5(V-0.10)] [1] Resist. a compresin 2006: fm = fm (prom.) - s [2] Siendo V = el coeficiente de variacin y s = la desviacin estndar. En cuanto a los coeficientes de correccin por esbeltez a la resistencia fm, se ha mantenido la tabla de valores anterior. Dichos valores han sido verificados experimentalmente por San Bartolom et. al. (2006). En el mismo ensayo de compresin axial (fig. 9 der.) se puede medir en el rango elstico el mdulo de elasticidad Em, colocando medidores de desplazamientos. 3.2 MURETES Y ENSAYOS DE COMPRESIN DIAGONAL.

Mdulo de corte Gm y resistencia a corte vm La medicin de la resistencia al corte de la albailera (vm), no exista en la versin de 1982, mientras que la versin del 2006 exige la realizacin de ensayos de compresin diagonal en muretes segn Norma INDECOPI NTP 399.621 (fig. 9 der.). En el mismo ensayo de compresin diagonal (fig. 9 der.) se puede medir en el rango elstico el mdulo de corte Gm, colocando medidores de desplazamientos.

Fig. 9 Ensayos de compresin axial en pilas para determinar Em y fm (izq.) y de compresin diagonal en muretes para determinar Gm y vm (der.)


De otro lado, una nueva exigencia de la Norma 2006 en su tabla 7 consiste en la realizacin obligatoria de ensayos de prismas y muretes en funcin del nmero de pisos de la edificacin y de la zona ssmica. Estos ensayos permiten observar el mal comportamiento de unidades con muchos huecos (fig. 10).

TABLA 7 MTODOS PARA DETERMINAR mf y mv

EDIFICIOS DE 1 A 2 PISOS

EDIFICIOS DE 3 A 5 PISOS

EDIFICIOS DE MAS DE 5 PISOS

RESISTENCIA CARACTERSTICA

Zona Ssmica Zona Ssmica Zona Ssmica 3 2 1 3 2 1 3 2 1

)( mf A A A B B A B B B

)( mv A A A B A A B B A

Fig. 10. Falla frgil por trituracin de unidades con muchos huecos.


CAP. 4 PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIN Primero se comenta el tratamiento a las unidades previamente al asentado de las mismas, en donde ha habido un cambio total en la Norma. La Norma previa indicaba que para unidades slico calcreas bastaba una limpieza del polvillo superficial; ninguna accin para unidades de concreto; en el caso de unidades de arcilla industrial, la inmersin en agua inmediatamente antes del asentado; y en el caso de unidades de arcilla artesanal, la inmersin en agua por lo menos una hora inmediatamente antes del asentado. Estas inmersiones conducen a ladrillos de arcilla saturados en la superficie, sin lograr una correcta adhesin con el mortero. El artculo 10.4 de la Norma 2006 especifica el nuevo tratamiento a darle a las unidades previamente al asentado (fig. 11). Para concreto y slico-calcreo: pasar una brocha hmeda sobre las caras de

asentado o rociarlas. Para arcilla: de acuerdo a las condiciones climatolgicas donde se encuentra

ubicadas la obra, regarlas durante media hora, entre 10 y 15 horas antes de asentarlas.

Otros temas de construccin son: Para el asentado de la primera hilada, la superficie de concreto que servir de asiento (losa o sobrecimiento segn sea el caso), se preparar con anterioridad de forma que quede rugosa; luego se limpiar de polvo u otro material suelto y se la humedecer, antes de asentar la primera hilada (fig. 12). Todas las juntas horizontales y verticales quedarn completamente llenas de mortero. A mayor espesor de junta, la albailera ser ms dbil, por lo que es importante controlar su grosor. El espesor de las juntas de mortero ser como mnimo 10 mm y el espesor mximo ser 15 mm (fig. 12 der). En las juntas que contengan refuerzo horizontal, el espesor mnimo de la junta ser 6 mm ms el dimetro de la barra. No se asentar ms de 1,30 m de altura de muro en una jornada de trabajo. En el caso de emplearse unidades totalmente slidas (sin perforaciones), la primera jornada de trabajo culminar sin llenar la junta vertical de la primera hilada, este llenado se realizar al iniciarse la segunda jornada (fig. 13).

Fig. 11. Tratamiento de unidades antes del asentado: regado de ladrillos de arcilla (izq.) y limpieza con escobilla hmeda en bloques de concreto (der.).


La conexin entre columnas de confinamiento y albailera puede ser a ras o dentadas. El detalle y algunos problemas se observan en la fig. 14. Las columnas de confinamiento se deben vaciar despus de haber levantado el muro de albailera. Si la seccin es pequea, los estribos tradicionales de las columnas pueden interrumpir la cada de la mezcla, entonces se sugiere para estas columnas usar estribos de 1 vuelta + vuelta, dejando el ncleo libre para el paso del concreto (fig. 15).

Fig. 12. La primera hilada debe tener la superficie rugosa (izq.). Las juntas gruesas o nulas debilitan la albailera (der.)

Fig. 13. Acciones entre la primera y la segunda jornada de trabajo.


Fig. 14. Conexin dentada y conexin a ras.

Fig. 15. Detalles de columnas de confinamiento.


CAP. 5 ANALISIS y DISEO ESTRUCTURAL Para la verificacin ante cargas verticales de gravedad, ecuacin 19.1b, se mantiene la expresin de compresin axial de la Norma previa (esfuerzo admisible), donde se ha aclarado la forma de obtener el esfuerzo actuante, usando el 100% de carga muerta y viva; adems, el rea a usar es rectangular Lxt. Se ha aadido adems un lmite mximo para el esfuerzo de compresin axial, que es 0.15 fm, ya que con esfuerzos mayores, los muros pierden mucha ductilidad. El cambio ms significativo es el diseo de muros con cargas coplanares de sismo, que ha pasado de un diseo elstico por esfuerzos admisibles, a un diseo por desempeo que requiere verificar dos condiciones de fuerzas ssmicas: un estado de sismo moderado y un estado de sismo severo. El sismo severo (artculo 22) corresponde a aquel definido en la Norma E.030 Diseo Sismorresistente (SENCICO 2003) en condiciones ltimas, donde una edificacin de albailera tiene un coeficiente de reduccin R=3. El sismo moderado ha sido definido como aquel que proporciona fuerzas de inercia que son la mitad de las producidas en el sismo severo. 5.1 SISMO MODERADO Ante el sismo moderado, los muros de albailera no deben presentar fisuras de corte. Un muro se fisura cuando alcanza una fuerza cortante denominada Vm (ecuaciones 4 a y 4b). Para efectos prcticos, el anlisis estructural para cargas de sismo puede hacerse entonces con R=6, y obtener un juego de fuerzas internas en los muros en condiciones elsticas. En particular, la fuerza cortante en estas condiciones, Ve, debe cumplir las ecuaciones [3] [4] y [5].

Ve 0.55 Vm [3] Unid. Arcilla y concreto: Vm = 0.5 vm a L t + 0.23 Pg [4a] Unid. Slico calcreas: Vm = 0.35 vm a L t + 0.23 Pg [4b]

Siendo 131

=e

e

MLV

a [5]

El parmetro a toma en cuenta la esbeltez coplanar del muro. Investigaciones experimentales en muros a escala natural y reducida indicaron que en muros cuadrados o bajos la resistencia al corte Vm es aproximadamente la misma, mientras que en muros altos o esbeltos, la resistencia Vm se reduce. Si el edificio cuenta con prticos, vigas, o placas de concreto armado, stos elementos se deben disear a la rotura (amplificando sus fuerzas de esta etapa por 1.25). Adems, en la cimentacin se debe disear las dimensiones de zapatas y cimientos con los resultados del sismo moderado, y la armadura amplificando los esfuerzos por 1.25.


5.2 SISMO SEVERO Verificacin de la resistencia al corte del edificio Para el sismo severo, lo primero que debe verificarse es que la capacidad de los muros del edificio sea mayor que la fuerza ssmica. Esto se hace a travs de la suma de fuerzas Vm en cada direccin, la cual debe ser mayor a la fuerza V (norma ssmica, con R=3). Esta verificacin debe hacerse para cada direccin y para cada nivel del edificio. En caso no se logre esto, algunos muros debern aumentar su espesor o ser reemplazados por muros de concreto armado. Amplificacin de las fuerzas elsticas a la condicin de rotura Para el diseo por sismo severo en cada muro, la idea es que las columnas y vigas de confinamiento sean capaces de tomar la fuerza Vm que es la mxima capacidad del muro. La fuerza cortante de diseo Vu y el momento flector Mu se hallan amplificando los valores del anlisis elstico, Ve y Me, por la relacin entre las fuerzas Ec. [6]:

1

1

e

meiui V

VVV =

1

1

e

meiui V

VMM = [6]

Verificacin de la necesidad de colocar refuerzo horizontal en los muros Todo muro confinado cuyo cortante bajo sismo severo sea mayor o igual a su resistencia al corte ( mu VV ), o que tenga un esfuerzo a compresin axial producido por la carga gravitacional considerando toda la sobrecarga, ( )tLPmm ./=s , mayor o igual que 05,0 mf , deber llevar refuerzo horizontal continuo anclado a las columnas de confinamiento (fig. 16). En los edificios de ms de tres pisos, todos los muros portantes del primer nivel sern reforzados horizontalmente. La cuanta del acero de refuerzo horizontal ser:

001,0)./( = tsAsr . Las varillas de refuerzo penetrarn en las columnas de confinamiento por lo menos 12,5 cm y terminarn con gancho a 90o vertical de 10 cm de longitud.

Fig. 16. Refuerzo horizontal contnuo en la hilada


CAP. 6 COMPORTAMIENTO SSMICO La albailera no confinada ni reforzada, en sismos reales y en ensayos de laboratorio, muestra: a) fallas por corte debido a fuerzas de sismo en el mismo plano del muro, y b) fallas de traccin por flexin debido a fuerzas de sismo ortogonales al plano del muro. De otro lado, la interaccin entre tabique y prtico ha ocasionado numerosas fallas por columna corta. 6.1 FALLAS POR CORTE En edificios bajos, de 1 a 3 pisos, la deformacin por corte es predominante y se manifiesta por grietas diagonales en el pao del muro (fig. 17). Si las grietas atraviesan unidades y juntas de mortero en forma pareja, esto indica que la adherencia es adecuada entre las unidades, lo cual es ideal puesto que as se logra una mayor capacidad resistente del muro. Si en cambio las grietas son escalonadas, pasando bsicamente por las juntas dejando las unidades enteras, la adherencia es baja, y la resistencia del muro es baja (fig. 18). Los ensayos en muretes pequeos ayudan a observar esta propiedad.

Fig. 17. Muros con grietas diagonales: sismo real (izq.) y ensayo de laboratorio (der.).

Fig. 18. Grietas escalonadas en muretes y muro a escala real indican poca adherencia y resistencia baja.


6.2 FALLAS DE TRACCIN POR FLEXIN Se dan mayoritariamente en muros no portantes, tales como cercos, tabiques y parapetos (fig. 19). Se debe mejorar el diseo con la inclusin de arriostres ms cercanos.

Fig. 19. Fallas de cercos y tabiques por carga ortogonal al plano del muro en Pisco e Ica, 2007


6.3 INTERACCIN TABIQUE PRTICO La falla por la interaccin tabique-prtico se manifiesta con el problema de columnas cortas en edificios flexibles. Estas columnas cortas se generan al tenerse una ventana alta, con muros de albailera que no llegan al techo. Entre las columnas y el muro de albailera no hay junta o sta es insuficiente. En un sismo moderado o severo, las columnas se deben desplazar lateralmente, pero los muros lo impiden a lo largo de su altura, y la columna slo se deforma en la parte de la ventana. Esto ocasiona grandes fuerzas y deformaciones por corte que las columnas no tienen capacidad de soportar, produciendo grietas que pueden romper el ncleo y pandear el refuerzo vertical. Este fenmeno de columnas cortas es tpico verlo en colegios antiguos (anteriores a 1997) y en algunos otros como hospitales. Se puede obviar aumentando la rigidez de la edificacin o protegiendo las columnas con una ampliacin del muro.

Fig. 20. Columnas cortas, colegio en Chimbote, 1970 (izq). Colegio en Palpa sin daos, 1996 y colegio en Nazca, 1996.


Prticos flexibles

Fig. 21. Columnas cortas en colegio de Arequipa, 2001

Fig. 22. Columnas cortas en colegio de Pisco y en hospital de Ica, 2007


6.4 OTRAS FALLAS La falla por piso blando se ha visto en edificaciones en los sismos del 2001 y 2007. Se debe fundamentalmente a falta de rigidez en una direccin principal, usualmente en el primer piso.

Otro problema que se puede identificar fue de la escasa densidad de muros que es la relacin entre el rea de muros reforzados en una direccin entre el rea en planta. La norma E.070 establece una densidad mnima:

56....

TpicaPlantaladeAreaReforzadosMuroslosdeCortedeArea NSUZ

Ap

tL=

Donde:Z, U y S corresponden a los factores de zona ssmica, importancia y de suelo, respectivamente, especificados en la NTE E.030 Diseo Sismorresistente.

N es el nmero de pisos del edificio; L es la longitud total del muro (incluyendo columnas, s existiesen); y, t es el espesor efectivo del muro

Si la cantidad de muros no alcanza, se puede aumentar su espesor o cambiarlos por muros de concreto armado, hasta lograr una densidad superior a la mnima.

Fig. 23. Fallas de piso blando, Pisco 2007 (A. San Bartolom)

Fig. 24. Fallas por escasa densidad de muros: Tacna 2001 y Pisco 2007 (A. San Bartolom)


REFERENCIAS Bonilla, Nuevo Reglamento Nacional de Construcciones Ed. Mercurio, 10ma. Edicin, 1980. INDECOPI Norma NTP 399.621, 2004. INEI Censos Nacionales de Poblacin y Vivienda, Lima, 1993. INEI Censos Nacionales de Poblacin y Vivienda, Lima, 2005 ININVI Norma Tcnica de Edificacin E.070 Albailera Ministerio de Vivienda, Lima, 1982. Ministerio de Vivienda y Construccin, RNC Normas de Diseo Sismo-resistente, Lima, 1977. Quiun y San Bartolom Nuevas metas para mejorar la Norma de Albailera E.070 2006 Ponencias, XVI Congreso Nacional de Ingeniera Civil, Colegio de Ingenieros del Per, Arequipa, 2007. San Bartolom Construcciones de Albailera Comportamiento Ssmico y Diseo Estructural, Pontificia Universidad Catlica del Per, Fondo Editorial 1994. San Bartolom Comentarios a la Norma E.070 Albailera, SENCICO, 2006. San Bartolom http://blog.pucp.edu.pe/albanileria, 2007. SENCICO MVC Reglamento Nacional de Edificaciones Ministerio de Vivienda, Construccin y Saneamiento, Lima, 2006.

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