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Revista Ingenierías Universidad de Medellín ISSN: 1692-3324 [email protected] Universidad de Medellín Colombia

Páez- M, Diego Fernando Comportamiento de la mampostería bajo esfuerzos cortantes debido a efectos sísmicos Revista Ingenierías Universidad de Medellín, vol. 5, núm. 8, enero- junio, 2006, pp. 91-104 Universidad de Medellín Medellín, Colombia

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=75050808

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Comportamiento de la mampostería bajo esfuerzos cortantes...

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COMPORTAMIENTO DE LA MAMPOSTERÍA BAJO ESFUERZOS CORTANTES DEBIDO A EFECTOS SÍSMICOS Diego Fernando Páez-M* RECIBIDO: 25/11/2005 ACEPTADO: 12/05/2006

RESUMEN

ABSTRACT

En el presente trabajo se evalúa la incidencia tanto de las unidades mampuestas como del espesor de junta, en el comportamiento de la mampostería no reforzada, característica de la ciudad de Tunja, cuando se ve sometida a esfuerzos cortantes a causa de eventos sísmicos. Se encontró que la resistencia al corte se ve influenciada por la rugosidad de los ladrillos pues afecta la adherencia entre la pieza y el mortero. Se observó una incidencia notable del espesor de pega vertical en los muros de bloque N°5, pues aquellos con pega vertical prácticamente doblaron en resistencia a los muros sin pega vertical. Las distorsiones angulares registradas están por debajo de 0.5%, valor estipulado en la NSR-98. Además de las variables estudiadas, el comportamiento a cortante de la mampostería depende de otros parámetros que se recomienda tener en cuenta.

This project evaluates the incidence of both the masonry units and the joint thickness, in the behavior of unreinforced masonry, characteristic of the city of Tunja, when is subjected to shear stresses due to seismic events. It was found that the shear resistance is influenced by the roughness of the bricks because it affects the adherence between the units and the mortar. A remarkable incidence of the headjoint thickness was observed in the walls made of blocks N°5, because those practically doubled in resistance the walls without head joints. The inter-storey drifts registered are lower than 0.5%, which is the value specified by the NSR-98. Appart from the variables considered in this research, it was found that the shear behavior of the masonry depends on other parameters that it is recommended to take into account.

Palabras clave

Key words

Mampostería, resistencia al corte, deriva, distorsión, compresión diagonal, ladrillo, bloque, espesor de junta.

Masonry, shear strength, interstorey-drift, diagonal compression, brick, block, head-joint thickness.

*

Ingeniero Civil, Universidad Nacional (sede Bogotá). Magíster Ingeniería Civil, Universidad de los Andes. Profesor Asistente Programa de Transporte y Vías – Facultad de Ingeniería - UPTC Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia-Tunja. Grupo de Investigación GRINFRAVIAL. Dirección: Calle 51a# 4-23. Teléfono: 0_87443183 – 3002161981 Fax. 0_87425223 e-mail: [email protected]

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Introducción En la mayoría de las ciudades o regiones del país no se siguen normas técnicas propias para el diseño y construcción de estructuras de mampostería, siendo de uso obligatorio las especificadas por las Normas Colombianas de Construcción Sismorresistente, NSR-98. Entre los principales inconvenientes que conlleva el no acatar esta normativa, se encuentra el desconocimiento de las propiedades mecánicas de los materiales empleados en cada región, en particular de los morteros y unidades macizas o huecas utilizados en la construcción. Teniendo en cuenta que para comprender el comportamiento de cualquier sistema estructural se requiere, como punto de partida, poseer conocimiento de los materiales que lo componen, este estudio pretende aportar conocimiento respecto al comportamiento mecánico de la mampostería (especialmente de la zona de estudio) cuando se ve sometida a esfuerzos de corte. El presente trabajo inició con la aplicación de una encuesta en barrios ubicados en la zona geológicamente más vulnerable de la ciudad de Tunja, con el fin de establecer inicialmente el tipo de unidades mampuestas y los espesores de mortero de pega más utilizados, definiendo la configuración geométrica típica de los muros, de manera que éstos representaran la mampostería característica de la zona. Con base en este diagnóstico previo, se construyeron 16 muros de 1.2m de longitud por 1.2m de altura, en los que se utilizaron materiales fabricados localmente y ensamblados con mano de obra local. Se realizaron ensayos de compresión diagonal utilizando como variables el tipo de unidad y el espesor de pega, con el fin de observar la Revista Ingenierías Universidad de Medellín

incidencia de estas variables en el comportamiento a corte de la mampostería y desarrollar una expresión matemática que reflejara este comportamiento. Este trabajo proporciona una base para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica presente en las viviendas que poseen muros de mampostería como sistema estructural y, por consiguiente, contribuye a la disminución de riesgos de falla, con el fin de mitigar las posibles tragedias provocadas por un evento sísmico en la ciudad de Tunja.

Definiciones iniciales La mampostería se define como un conjunto de piezas unidas entre sí, mediante un material como el mortero de barro o de cemento; las unidades pueden ser naturales (piedras) o artificiales (adobe, tabiques, bloques) (Aguilar & Alcocer, 2001). Aunque los muros de mampostería pueden trabajar como elementos estructurales y no estructurales; la investigación desarrollada en este trabajo tan sólo considera el comportamiento de muros no reforzados que frecuentemente no cumplen los capítulos D1, D2, D3 y D4 de la NSR-98, pero que trabajan como componentes estructurales. Muros estructurales. Son aquellos que además de soportar cargas verticales (muertas y vivas), resisten las fuerzas horizontales causadas por sismo o viento, correspondientes a la edificación. La capacidad de carga de un muro viene determinada por la resistencia de los materiales utilizados, sus proporciones, las condiciones de borde de los elementos estructurales y la capacidad de éste para resistir las fuerzas internas que surgen (Fisher, 1976).

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Mampostería no reforzada. De acuerdo con la definición que proporciona la NSR-98, la mampostería no reforzada, es aquella que se construye con base en piezas de mampostería unidas por medio de mortero. Ésta sólo puede utilizarse como sistema de resistencia sísmica en aquellas regiones de amenaza sísmica baja, donde el valor de Aa es menor o igual a 0.05g. Este sistema estructural se clasifica, para efectos de diseño sismo resistente, como uno de los sistemas con capacidad mínima de disipación de energía en el rango inelástico (DMI).

Recolección de información Para caracterizar los muros que actúan como elementos estructurales en las edificaciones de mampostería (de 1 y 2 pisos) en Tunja, se realizaron visitas de campo con el fin de recopilar la información requerida para tal fin. Previamente se diseñó un formato de encuesta para registrar la información (anexo A). Las encuestas se realizaron durante una semana en diversos barrios de la Ciudad, ubicados dentro de la zona geológicamente más vulnerable a la actividad sísmica (Agudelo y Castro, 1999). Los barrios encuestados fueron: Altamira, Bello Horizonte, La Calleja, El Carmen, La Fuente, Kennedy, El Milagro, San

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Lázaro y Los Trigales. Se visitaron 80 viviendas de manera aleatoria, en cada una de ellas se recogió la información necesaria, tomando mediciones y llenando encuestas con la información suministrada por los habitantes del sector. Además, se visitaron juntas de acción comunal de algunos barrios y se consultó a los maestros constructores del sector para complementar la información. Esta información se utilizó para definir la configuración geométrica de los muros, necesaria para el desarrollo de los ensayos de laboratorio. El análisis de la información recolectada se presenta a continuación.

Proceso experimental Se realizaron tres tipos de ensayos: compresión de unidades, compresión de prismas y compresión diagonal de prismas. Compresión de unidades: en este ensayo se determina la resistencia a compresión de unidades (f´cu), la cual permite dar un estimativo de la calidad de los materiales. Se desarrollaron 9 ensayos por cada tipo de unidad, ladrillo tolete recocido (chircal), ladrillo prensado y bloque N° 5 (Tabla 1).

Tabla 1. Propiedades geométricas y físicas de los tipos de unidades utilizadas en las muestras Unidad tolete recocido chircal tolete prensado bloque No.5

Dimensiones (cm.) Alto

Ancho

Largo

7.0 6.6 19.7

11.0 12.2 11.6

22.0 24.5 30.0

Peso (Kg.)

f´cu (MPa.)

3.12 3.81 6.37

15.75 20.82 7.05

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Figura 1. Ladrillo Tolete Chircal defectuoso.

Compresión diagonal: el ensayo consiste en aplicar carga de compresión a lo largo de una de sus diagonales. Para el desarrollo de este ensayo se tuvo como referencia la norma ASTM E 519-81 “Diagonal Tensión (shear) in Mansory Assemblages”. Sin embargo, debido a que en el laboratorio de ingeniería civil de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia no se dispone del equipo sugerido por la norma, fue necesario diseñar un montaje que se adecue a los objetivos del ensayo (Figura 3).

Compresión de prismas: en este ensayo se determina la resistencia a la compresión de prismas (f´m), valor fundamental para determinar algunas propiedades de la mampostería. Se elaboraron 18 prismas repartidos en 6 modelos que tienen como variables el tipo de unidad y espesor de junta horizontal (1.5 y 2.0 cm) (Tabla 2). Tabla 2. Configuración de prismas para ensayo de compresión (f’m). Modelo

Número de prismas

Unidad

Espesor Junta Horizontal (cm)

1 2 3 4 5 6

3 3 3 3 3 3

Tolete Chircal Tolete Chircal Tolete Rubí Tolete Rubí Bloque Nº 5 Bloque Nº 5

1.5 2.0 1.5 2.0 1.5 2.0

Figura 2. Falta de uniformidad de los espesores de las juntas (1 a 3 cm.). Revista Ingenierías Universidad de Medellín

Figura 3. Ensayo de compresión diagonal. Montaje de la máquina: La carga de compresión diagonal se aplicó a través de un sistema de ángulos y poleas; en una de las esquinas inferiores del muro se colocó uno de los apoyos que consiste en un ángulo de acero que sirvió de reacción al muro, pues contra este ángulo se comprime el muro; por tal razón, fue indispensable taladrar el piso para atornillar y fijar el apoyo (Figura 4). Una vez colocado el apoyo fijo, se instaló otro ángulo en la esquina inferior libre, con el objeto de dar mayor estabilidad al muro. Este ángulo se ajustó con pequeñas platinas en las caras laterales del muro pero no se fijó al piso. Entre las platinas

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y el muro se colocó caucho para que al ajustar el sistema no se provocaran cortes en el muro o rompimiento de las piezas de mampostería.

Figura 4. Ensayo instalación del apoyo fijo en una de las esquinas del murete para el ensayo de compresión diagonal. Posteriormente se procede a instalar un ángulo de acero para transmitir la carga al muro. Este ángulo se ajustó con una platina triangular a cada lado del muro, con el fin de centrar el gato de carga y el ángulo con relación al muro. A continuación se atornilló el gato de carga al ángulo de acero de manera que el gato quedara alineado con la diagonal del murete a ensayar (Figura 5).

Figura 5. Ángulo de acero transmisor de carga colocado en una de las esquinas superiores del muro

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Una vez instalados los tres ángulos, se procedió a tensar la guaya que envuelve todo el sistema. Es recomendable tensar aplicando carga hasta una tonelada con el fin de que el sistema se ajuste y así evitar que los deformímetros registren movimientos de acomodación. De acuerdo con experimentaciones hechas en el anteproyecto para preparar este ensayo, se presenta una deformación apreciable de acomodo del sistema que probablemente esté asociada con el grado de tensión de la guaya, los espacios que quedan entre el muro y los ángulos, la transmisión de fuerza inicial gato-guaya y el acomodo de los cauchos. Esta situación definía la necesidad de colocar una precarga de aproximadamente de una tonelada, punto en el cual se considera que el sistema comienza a solicitar efectivamente el murete ensayado. De no aplicar esta precarga, es posible que la deformación presente valores excesivos que no correspondan a la respuesta efectiva del murete Después de tener erigido todo el sistema de carga, se instalaron los deformímetros, con el objeto de registrar los movimientos del muro en dirección horizontal, vertical y diagonal. Se utilizaron cuatro deformímetros, tres de ellos de precisión 0.0001” y uno de 0.001”. Para corroborar los datos de deformación en la esquina libre, se ubicó un nivel de precisión a una distancia perpendicular al muro entre 2.5m y 3.0 m. Para registrar las deformaciones, se colocó papel milimetrado en esta esquina superior libre del muro, de manera que al deformarse fuera posible obtener una lectura de desplazamiento sobre el papel milimetrado. Para registrar el tipo de falla, la forma como esta ocurre y en el momento exacto en que ésta se presenta, se ubicó una cámara de vídeo a una distancia prudente y perpendicular al muro. 5(8): 91-104 enero - junio de 2006

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Procedimiento de ensayo: se aplicó una carga inicial para ajustar el sistema (aproximadamente una tonelada), luego se descargó; se colocaron todos los aparatos de medida en cero y nuevamente se aplicó carga; cada 0.5 ton se detuvo la carga por unos instantes y se tomaron las lecturas respectivas (deformímetros, manómetros y nivel). La aplicación de carga continua y las deformaciones que se presentan se registran a través del nivel de precisión. La carga controlada se aplica hasta conseguir la falla del muro (Figura 6).

La resistencia a corte de la mampostería (v’ ) dem pende tanto de la carga última como del área neta del promedio de las diagonales del murete (ASTM E 519-81), tal como se especifica a continuación: Ecuación (1) Donde: v’ : Esfuerzo cortante sobre área neta ( m P : Carga de rotura (Ton) u A : Área neta del espécimen (m2)

)

n

Ecuación (2)

Donde: W: Altura del murete (m). h: Ancho del murete (m). t: Espesor total del murete (m) n: Porcentaje de área que es sólida de la unidad, expresado en decimal Es importante resaltar que existen otras metodologías para el cálculo de este esfuerzo como las dadas por Turnsek & Cacovic (1971) o Mann and Müller (1980), pero se sale del alcance de este trabajo la comparación entre éstas y se toma como referente la presentada en la norma ASTM E 519-81. Tabla 3. Configuración de muros para ensayo de compresión diagonal. Figura 6. Ensayo de compresión diagonal.

Se elaboraron 16 muros contenidos en ocho modelos, en los que varía tanto el tipo de unidad como el espesor de junta horizontal y vertical (Tabla 3). Revista Ingenierías Universidad de Medellín

Modelo Número muretes

1 2 3 4 5 6 7 8

2 2 2 2 2 2 2 2

Unidad

Espesor Junta Horizontal (cm)

Tolete Chircal Tolete Chircal Tolete Prensado Tolete Prensado Bloque Nº 5 Bloque Nº 5 Bloque Nº 5 Bloque Nº 5

1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0 1.0 1.0

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Modelo analítico: se utilizó un modelo elástico trilineal como el que propuso Meli (1979), con el fin de conocer la distribución de esfuerzos dentro de los muros ensayados en el momento de falla. Para la modelación se utilizaron elementos finitos rectangulares tipo Shell. Estos elementos tienen 3 dimensiones, dos de ellas considerablemente mayores que la tercera, y que permiten representar las características de los muros en estudio. Se analizó la distribución de esfuerzos de tensión y compresión haciendo énfasis en los esfuerzos de corte. Es importante resaltar que a pesar de que en el modelo elástico y líneal desarrollado no se representan adecuadamente las condiciones últimas en el momento de falla de los muretes, se pretendía con este análisis establecer un punto de referencia inicial y de orden de magnitud del esfuerzo de agrietamiento inicial y a partir de éste poder desarrollar una base conceptual para el desarrollo de un análisis en el que se tenga en cuenta que la mampostería es un material no homogéneo. Análisis sísmico: debido a que el presente estudio se enfoca en los muros de mampostería de las edificaciones de 1 y 2 pisos de la ciudad de Tunja, se hizo necesario conocer la fuerza sísmica que afecta la vivienda y cada uno de los muros que la componen, con el fin de poder comparar el esfuerzo cortante que debe soportar el muro más crítico dentro de la edificación con la resistencia al corte, hallada a través de los ensayos de compresión diagonal. Se calculó el cortante sísmico en la base de una vivienda típica según la NSR-98, luego se distribuyó en los diferentes niveles, determinando la fuerza horizontal actuante en cada piso. Este cortante sísmico de piso se distribuyó en los elementos verticales del sistema estructural de re-

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sistencia sísmica que eran los muros mampuestos. Sin embargo, es claro que con el análisis de fuerza horizontal equivalente, las acciones encontradas son simplemente una aproximación inicial, que sirve para establecer una comparación aproximada en términos de resistencia. Una vez hallada la fuerza actuante en cada uno de los muros, se determinó el esfuerzo cortante en un muro típico. Este pudo compararse con la resistencia al corte que tuvieron los muros en los ensayos de compresión diagonal y así verificar, de manera preliminar, si la mampostería más común de Tunja está construida para soportar las fuerzas sísmicas de diseño.

Resultados Resultados de las encuestas. Los resultados de las encuestas se resumen en la configuración estructural de las viviendas y características de los muros de mampostería. Configuración estructural de las viviendas. La configuración estructural de las viviendas en esta zona está constituida principalmente por mampostería no reforzada (en mayor proporción) y por mampostería confinada (Figura 7).

Figura 7. Tipología de las viviendas construidas informalmente en la zona de estudio. 5(8): 91-104 enero - junio de 2006

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Las edificaciones se construyen de manera informal, debido a factores como la condición económica de sus habitantes y a la utilización de métodos de construcción aprendidos por tradición. No se cumplen los requisitos mínimos de seguridad estructural, pues la construcción se desarrolla sin poseer los conocimientos técnicos necesarios; entre las falencias encontradas se destacaron: la discontinuidad en los elementos estructurales, la inclusión de diversos tipos de unidades de mampostería conformando un mismo muro, la construcción de edificaciones con muros sin ningún tipo de confinamiento, la baja calidad de los elementos que integran los muros y el escaso o inexistente control de calidad de los procesos constructivos (Figura 8).

en los niveles superiores. Tradición que pudo ser verificada a través de las encuestas, donde en el primer piso de las edificaciones predomina el ladrillo tolete en un 89%, mientras que en el segundo piso predomina el bloque N° 5 en un 48.8% (Figura 9).

Figura 9. Edificación con muros en ladrillo tolete en el primer piso y bloque en el segundo

En la mampostería confinada presente en la zona, se aprecian irregularidades en la distribución de los elementos estructurales, y dimensionamiento inadecuado de los mismos.

Figura 8. Muro compuesto por diversos tipos de ladrillo tolete

La mayoría de los habitantes construyen el primer piso de la edificación en ladrillo tolete macizo, pues consideran que con esta unidad pueden conseguir resistencia y rigidez suficientes para soportar el peso de los pisos superiores de la edificación. El segundo y tercer piso es construido en bloque de perforación horizontal N° 5 y N° 6, debido a que se puede lograr mayor rendimiento en obra y obtener un menor peso Revista Ingenierías Universidad de Medellín

En la zona de estudio la mayoría de las edificaciones de mampostería se construyen sin ningún tipo de refuerzo. En estas construcciones debido a la ausencia de columnas, las placas de entrepiso se apoyan únicamente sobre los muros. Este tipo de estructura es concebida para soportar cargas verticales únicamente; por lo tanto, en caso de sismo, los muros serían los responsables de soportar tanto cargas verticales como horizontales y su comportamiento sería desfavorable, poniendo en riesgo la seguridad de sus habitantes. Características de los muros de mampostería. En los muros de mampostería de la zona de

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estudio, las unidades más utilizadas corresponden a ladrillo tolete, bloque N° 5 y bloque N° 6. El 48.5% de las edificaciones construidas con ladrillo tolete presentaban unidades defectuosas y tan solo el 25% de las viviendas construidas con bloque presentaban esta característica. Existe gran variación en las dimensiones del ladrillo tolete, mientras que las dimensiones del bloque tienen un bajo coeficiente de variación. Se observó que el 53% de las edificaciones presentan juntas bien elaboradas, mientras el 40.6% de estas presentan juntas elaboradas de manera irregular. El espesor horizontal de junta más común es de 2.0 cm con un 57.7%, siguiendo el espesor de 1.5 cm con un 21.8%. La relación cemento-arena para la elaboración del mortero utilizado en los muros de mampostería en la zona de estudio es de 1:3 para el 95% de los casos, con resistencia a compresión de 2 80 kg/cm en el 82% de las muestras y el 18% 2 restante con resistencias entre 90 y 100 kg/cm . Para los otros casos 5% se presentan relaciones cemento-arena que van desde 1:4 a 1:6 dependiendo del criterio del albañil encargado.

Resultados de los ensayos En el ensayo de compresión de unidades, se encontró que la resistencia a compresión del ladrillo prensado fue mayor a la del ladrillo recocido 2 con valores promedio de 208.2kg/cm (Desvia2 2 ción Estándar=32 kg/cm ) y 157.5kg/cm (Des2 viación Estándar=28 kg/cm ) respectivamente. El bloque N° 5 presentó una resistencia de 70.5 kg/ 2 2 cm (Desviación Estándar=18 kg/cm ) En cuanto a la resistencia a compresión de prismas de mampostería, los prensados supera-

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ron por casi el doble la resistencia de los 2 recocidos con valores de 119.43 kg/cm (D. 2 2 E.=27.3 kg/cm ) y de 65.04 kg/cm (D. E.=7.3 2 kg/cm ) respectivamente. Por otra parte, los prismas de bloque tuvieron resistencias de 2 2 22.35 kg/cm (D. E.=2.8 kg/cm ). En esta investigación los valores de distorsión máxima encontrados (deriva) están por debajo de lo establecido por la Norma NSR-98. Para muros compuestos por ladrillo tolete de chircal, el intervalo de deriva se encuentra entre 0.45 y 0.46%; para el caso de los muros de ladrillo prensado la deformación fue de 0.37 a 0.71%, rango que es bastante amplio y poco predecible debido al comportamiento disperso que estos mostraron; los muros con base en bloque presentaron un intervalo de deriva entre 0.27% y 0.32%. En los muros con piezas de chircal y bloque, no se encontró incidencia apreciable en el comportamiento de la deriva cuando se variaron los espesores de pega horizontal (1.5 a 2.0 cm); para los muros de ladrillo prensado existió dispersión en los resultados, por lo tanto no se pudo establecer la incidencia del espesor de pega. En cuanto a la variación del espesor de pega vertical en los muros de bloque, no se encontró incidencia apreciable en la deriva. Los esfuerzos cortantes que soportaron los muros compuestos por unidades de chircal, calculados a partir de la fuerza de falla registrada en cada ensayo y la ecuación (1), se encuentran en un rango muy definido de 8.5 a 8.7 kg/ 2 cm ; los muros de bloque N° 5 sin pega vertical 2 estuvieron entre 2.4 y 2.6 kg/cm y los muros de bloque N° 5 con pega vertical de 5.3 a 6.1 2 kg/cm . Los muros de ladrillo prensado presentaron un rango menos uniforme entre 5.4 y 2 7.2 kg/cm . 5(8): 91-104 enero - junio de 2006

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En cuanto a los muros compuestos por unidades de ladrillo tolete macizo, se observó que los de chircal resistieron mayor fuerza en el ensayo de compresión diagonal que los de prensados. Esta diferencia en resistencia se atribuye en parte a la hipótesis de que las piezas de chircal presentan en sus caras superficies muy rugosas que permiten una buena adherencia entre el mortero y las unidades de mampostería, mejorando así el comportamiento del muro ante esfuerzos cortantes. Caso contrario sucede con las unidades de ladrillo prensado, pues éstas presentan caras muy lisas que no ofrecen una superficie óptima para la adherencia con el mortero. Efectos semejantes se han encontrado en estudios realizados por Miranda (2000), quien afirma que la capacidad de los muros de resistir los esfuerzos de corte en su propio plano depende de la adherencia entre el mortero y la pieza de mampostería y de la unión resistente al corte a través de la junta de mortero. Los muros con mayor resistencia al corte presentaron falla combinada entre unidades y juntas, mientras que los muros de menor resistencia fallaron solo por las juntas como lo reporta Pulido (1990). Es interesante comparar cualitativamente los resultados de resistencia al corte con los de resistencia a la compresión de unidades (f´cu) y compresión de prismas (f´m). En estos dos últimos ensayos (f’cu y f’m), se observó una mayor resistencia en los ladrillos prensados que en los de chircal; sin embargo, como se mencionó anteriormente, los valores más altos de resistencia al corte se manifestaron en los modelos compuestos por ladrillo de chircal. Esto induce a pensar que no existe una relación directa entre el valor de la resistencia a corte con el valor de Revista Ingenierías Universidad de Medellín

la resistencia a compresión de la mampostería. Gallegos (1991) considera que esta relación es más estadística que funcional, ya que las propiedades o características que afectan a un ensayo no afectan al otro; más aún, evaluando los ensayos de compresión, es posible establecer que la relación puede ser inversa. En los muros compuestos tanto por unidades de ladrillo chircal como de bloque, se encontró que a medida que aumenta el espesor de la junta horizontal, aumenta la resistencia a corte, a diferencia de los muros compuestos por ladrillo prensado en los que a medida que aumenta el espesor de la junta disminuye la resistencia a corte. Pulido (1990), en contraste con los resultados obtenidos en este trabajo, afirma que en los muros constituidos por bloques disminuye la resistencia a medida que aumenta el espesor de la junta y en tolete el espesor de la junta no influye en la resistencia a corte. En los muros de bloque, la junta vertical incide notablemente en la resistencia al corte, pues los muros con pega vertical de 1.0 cm resistieron más del doble de esfuerzo que los muros sin pega vertical. Cabe resaltar que los muros de bloque con pega vertical pueden alcanzar resistencias similares a las obtenidas con muros de ladrillo prensado. Con base en los resultados anteriores, fue posible obtener una expresión matemática que permite determinar de manera preliminar, la incidencia del espesor horizontal de pega y de las unidades mampuestas, en la resistencia a corte de los muros de mampostería, característicos de la ciudad de Tunja: Ecuación (3)

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Donde: tm: Resistencia a corte de la mampostería (kg/ cm2). Eh: Espesor de pega horizontal (de 1.5 a 2.0 cm). Um: Coeficiente que depende del tipo de unidad (Tabla 4). Tabla 4. Coeficientes Um que dependen del tipo de unidad. Tipo de unidad Ladrillo tolete macizo de Chircal Bloque N° 5 Con pega vertical (1.0 cm) Sin pega vertical

Um 7.12 3.89 1.02

Debe tenerse en cuenta que los resultados obtenidos a partir de esta ecuación no han sido disminuidos con coeficientes de reducción de resistencia o factor de seguridad. Cabe aclarar que la resistencia a corte de la mampostería no depende únicamente de las unidades y espesores de pega, sino también de otras variables que no se contemplan en este estudio pero que pueden estar indirectamente relacionadas con el factor Um. De acuerdo con las especificaciones de la NSR98, y con el objeto de evaluar la vulnerabilidad por acciones sísmicas de los muros existentes de una vivienda típica de la zona en estudio, se calculó de manera preliminar la fuerza horizontal actuante sobre un muro típico (generada por una acción sísmica) y se comparó con los resultados de los ensayos realizados, y se encontró que en el 75% de las viviendas estudiadas, el esfuerzo cortante actuante supera al esfuerzo cortante resistente. La anterior afirmación se soporta sobre un análisis de fuerza horizontal equivalente, realizado a una estructura de mampostería que evidencia la necesidad de profundizar en el estudio del potencial de comportamiento de estas estructuras ante acciones sísmicas.

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También es importante destacar el comportamiento de los muros de chircal, los cuales a pesar de su baja resistencia a la compresión, producto del desarrollo de procesos informales de fabricación, presentan resultados en donde prácticamente doblan la resistencia a corte presentada por los muros construidos con unidades de ladrillera reconocida. Este resultado en ningún momento avala la fabricación de unidades de mampostería de manera informal, pero sí llama la atención sobre el concepto de adherencia pieza-mortero en función de la rugosidad de la pieza. En el análisis por elementos finitos, se observó que, como ya se conocía en otros trabajos (AGUILAR 2001), cuando se induce únicamente esfuerzo cortante a un muro, se presenta una concentración de esfuerzos de tensión y compresión a lo largo de la diagonal, que combinados generan esfuerzos cortantes importantes en esta misma zona (Figura 10). Estos esfuerzos son los causantes de las fallas como se vio en los ensayos de compresión diagonal, similar a la falla por corte que ocurre en algunos muros dentro de las viviendas en caso de sismo.

Figura 10. Diagrama de esfuerzos cortantes en Sap2000. SAP2000 NonLinear Versión 7.10 Structural Analysis Program. 5(8): 91-104 enero - junio de 2006

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Discusión A partir de los resultados de los ensayos desarrollados para este trabajo y teniendo en cuenta una aplicación local y que motive al desarrollo de trabajos posteriores dentro de la temática se pueden destacar los siguientes comentarios: En la mampostería constituida por unidades de ladrillo tolete de chircal la deriva máxima varió de 0.45 a 0.46% (D.E.=.09%); la compuesta por ladrillo tolete prensado varió de 0.37 a 0.71% (D.E.=.12%) y para la compuesta por bloque de 0.27 a 0.32% (D.E.=.07%). Estos resultados muestran que el límite de la deriva (0.5%) propuesto por la NSR-98 para estructuras de mampostería, estaría por encima de los valores registrados en los ensayos realizados para los materiales de la ciudad de Tunja La variación del espesor de pega horizontal no influye en el valor de deriva para los muros compuestos por unidades de ladrillo de chircal y bloque. El esfuerzo promedio resistente al corte de los muros compuestos por unidades de chircal fue 2 de 8.6 kg/cm , para los conformados por unidades de ladrillo prensado varió de 5.4 a 7.2 2 kg/cm ; para los muros compuestos por unidades de bloque varió 2.3 a 6.1 y de 2.4 a 2.6 cuando tenían pega vertical de 1.0cm ó de 0.cm respectivamente. La capacidad de los muros de resistir los esfuerzos de corte en su propio plano depende de la adherencia entre el mortero y la pieza de mampostería y de la unión resistente al corte a través de la junta. Los muros con mayor resistencia a corte presentaron falla combinada entre unidades y juntas, Revista Ingenierías Universidad de Medellín

mientras que los muros de menor resistencia fallaron solo por las juntas. Los muros compuestos tanto por unidades de ladrillo chircal como de bloque mostraron que a medida que aumenta el espesor de la junta horizontal, aumenta su resistencia a corte, a diferencia de los muros compuestos por ladrillo prensado, en los que a medida que aumenta el espesor de la junta disminuye la resistencia a corte. Los muros de bloque con pega vertical de 1.0 cm resisten más del doble a esfuerzo cortante que los muros con pega vertical 0.0cm alcanzando valores de resistencia similares a los mostrados por los muros de ladrillo prensado. En los muros de bloque sin pega vertical el esfuerzo cortante actuante a causa de un sismo (Aa=0.2 Tunja) sería superior al esfuerzo cortante resistente por el muro. Los muros de chircal, aunque no superan el valor de resistencia a compresión de los muros de ladrillo prensado, superan en casi el doble la resistencia a corte solicitada en caso de sismo.

Recomendaciones Es importante continuar con estudios que desarrollen a profundidad el concepto del desarrollo de adherencia mortero-pieza, teniendo en cuenta los resultados de ensayos de muros sometidos a la aplicación de fuerzas horizontales Divulgar las investigaciones sobre mampostería de la cuidad de Tunja y capacitar tanto a maestros como ingenieros constructores.

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Profundizar la investigación sobre la incidencia que tiene la pega vertical en muros construidos con bloque de perforación horizontal.

portamiento a cortante de la mampostería según las limitaciones de los ensayos realizados.

Realizar estudios acerca de la manera como se pueden reforzar los muros de mampostería característicos de la cuidad de Tunja, para poder mejorar su comportamiento en términos de esfuerzos y deformaciones.

Agradecimientos

El comportamiento de la mampostería depende de diversas variables, algunas de ellas no se contemplan en esta investigación, por lo tanto la ecuación encontrada es un estimativo del com-

El autor agradece a la Dirección de Investigaciones de la UPTC por la financiación de los proyectos desarrollados por semilleros de investigación y a los estudiantes de la Escuela de Ingeniería Civil Maycoll Moreno y Julián Díaz por su colaboración como auxiliares de Investigación en el Grupo de Investigación en Materiales y Obras Civiles GIMOC.

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