Blog de Ángel San Bartolomé

Este blog trata sobre los experimentos realizados en las construcciones de Albañilería Armada, Confinada, de Junta Seca y de Tierra. Tiene por objetivo actualizar los conocimientos de los ingenieros civiles, así como crear conciencia en los estudiantes de Ingeniería Civil sobre la necesidad de realizar investigaciones en este tema.

Los experimentos se ejecutaron en el Laboratorio de Estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú y la finalidad principal fue utilizar los resultados para la elaboración de la Norma de Construcción y Diseño Estructural E.070 "Albañilería"[6216clicks], cuyo Comité Técnico[1382clicks] es presidido por el Ing. Carlos Casabonne. Este documento está vigente desde el año 2006.

La mayor parte de las investigaciones fueron realizadas como trabajo de tesis, por los alumnos de la Facultad de Ciencias e Ingeniería -Sección Ingeniería Civil- y de la Escuela de Graduados de la PUCP, apoyados, generalmente, por entidades nacionales e internacionales como: SENCICO, ININVI, ITINTEC, DAI-PUCP, CONCYTEC, UNICON, PRODAC, LACASA, CISMID, ASOCEM, GMI, GTZ, JICA, CERESIS, FIRTH, CORDELICA, Universidad de Missouri-Rolla, Cementos Lima, Cementos Yura, Aceros Arequipa, Ital-Perú, Química Suiza, Sika, All Interior Supply, Compañía Minera Buenaventura y Master Builders Technologies, en el marco de un programa de investigación [6530clicks] iniciado en 1979 y que a la fecha continúa.

Nota: la manera como se trata este blog es enlazando al lector hacia los artículos (presione click sobre las palabras resaltadas), para después analizar sus comentarios y nuevas propuestas de ensayos. Estos artículos están escritos en formato PDF, si no cuenta con el Adobe Acrobat Reader, puede descargarlo de: Acrobat.



ADHERENCIA UNIDAD-MORTERO
La mejora en la adherencia bloque-mortero fue estudiada mediante el uso de aditivos[4805clicks] en el mortero y también, mediante técnicas económicas[3945clicks].

Para el caso de los ladrillos de arcilla se analizó al mortero de larga vida (premezclado)[5293clicks] y la influencia de diversos parámetros[4578clicks]: cal, tipo de cemento, tipo de arena, tratamiento del ladrillo y grosor de las juntas.

También se investigó el caso de los ladrillos sílico-calcáreos[5879clicks], y, bajo 3 técnicas de construcción, se analizó el caso de los ladrillos de concreto vibrado[1635clicks].

Cabe mencionar que cuando se optimiza la adherencia unidad-mortero, la resistencia al corte de la albañilería se incrementa al máximo, obteniéndose grietas diagonales que atraviesan tanto a la unidad como al mortero, como se aprecia en el siguiente video.





PRISMAS DE ALBAÑILERÍA
Parámetros como la esbeltez[4630clicks] de las pilas y el efecto de la edad[4824clicks] de los especímenes sobre la resistencia a compresión axial y a corte puro, fueron analizados empleando pequeños prismas de albañilería (pilas y muretes, ver videos).

Ensayos de Compresión Axial en 3 Pilas: Pandereta y King Kong


Ensayo de Compresión Diagonal en Murete





TABIQUES y ALFÉIZARES
Se analizó una manera sencilla y económica de amarrar los tabiques [7270clicks] de albañilería a la estructura principal, de tal modo de evitar su volcamiento cuando ocurran terremotos, así como su interacción con la estructura aporticada[8231clicks], ver videos V3 y V4 en Blog de Concreto Armado.

También se investigó 2 de los sistemas de tabiquería de gran uso en nuestro medio: la Placa P-7[4605clicks] y el Drywall[6062clicks].

Arriostramiento de tabiques con malla. Sismo Severo.


Tabique Econoblock-Ensayo Sísmico y Cíclico


Construcción del sistema Drywall


Los alféizares[2712clicks] de ventanas generan varios problemas en la estructura cuando no se les aísla, por ejemplo: "columna corta". Una técnica sencilla y económica de reforzamiento en estructuras existentes para superar el problema de columna corta[7979clicks], fue estudiada mediante ensayos en mesa vibradora; esta técnica surgió después de observarse los daños generados por el terremoto de Nasca[3230clicks] de 1996 en los colegios. Ver los videos V5 y V6 en el Blog de Concreto Armado.

Cabe indicar que al margen del tipo de ladrillo o mortero que se use, la diferencia principal en el comportamiento sísmico de un tabique y el muro confinado radica en el proceso constructivo[3285clicks], el cual determina el modelo matemático. En la figura puede observarse cómo el pórtico se despega del tabique, mientras que en el muro confinado las columnas y viga siguen adheridas a la albañilería, incluso después de su rotura diagonal, porque el concreto de los confinamientos fue vaciado después de haberse construido la albañilería.





ALBAÑILERÍA CONFINADA
Los numerosos experimentos realizados en los muros de albañilería confinada, se utilizaron para formular una propuesta de diseño sísmico[3350clicks] para estos edificios, la que a su vez fue adoptada como base en la elaboración de la Norma E.070. Esta propuesta (versión en español[6988clicks]) obtuvo una mención honrosa[1046clicks] en el congreso Tenth North American Masonry Conference, realizado en junio del 2007 en St. Louis, Missouri, USA, bajo la organización de The Masonry Society y la University of Missouri-Rolla.

La influencia de tuberías[5367clicks] embutidas en la albañilería confinada sobre su comportamiento sísmico y el uso de falsas columnas para superar el problema, fueron analizadas mediante ensayos de carga lateral. También, para lograr economía y rapidez en la construcción, se investigó la posibilidad de emplear ladrillos industriales del tipo King Kong en muros caravista[4705clicks].

Tubería en Falsa Columna


Otros estudios experimentales hechos en Albañilería Confinada fueron:

01) Forma y distribución de los estribos[6993clicks] en las columnas.
02) Conexión columna-albañilería[3550clicks] a ras y dentada.
03) Peralte[3073clicks] de las vigas de acople (dinteles).
04) Variación del refuerzo vertical y horizontal[2128clicks].
05) Comportamiento a carga vertical[2237clicks] y sísmica.
06) Comportamiento sísmico de un módulo de 3 pisos[2658clicks].
07) Efecto sísmico perpendicular[2092clicks] al plano del muro.
08) Correlación de resistencias[3404clicks] muro-pila-murete.
09) Canastillas electrosoldadas[2618clicks] versus dúctiles.
10) Ladrillos de concreto vibrado[3557clicks] versus arcilla.
11) Control de la trituración de los ladrillos huecos[1463clicks].
12) Efectos del peralte de las columnas de confinamiento[304clicks].

Miscelánea de Artículos
En el libro "Construcciones de Albañilería. Comportamiento Sísmico y Diseño Estructural" aparece una serie de 12 proyectos experimentales[3951clicks] y técnicas de ensayos, adicionales a los que existen en este Blog, como: el ensayo sísmico de un edificio de 5 pisos a escala natural realizado en el Japón. Los principales resultados de estos proyectos, ejecutados hasta antes de 1994 (año en que se publicó el libro), se han transcrito en este Blog, actualizándolos con figuras y comentarios adicionales.

Módulo de 3 pisos. Sismo Severo[3951clicks].


Efectos de la Técnica de Ensayo[3951clicks].


Unidades de Albañilería Peligrosas
La razón por la que en la Norma E.070 sólo se permite el uso de ladrillos sólidos (con menos de 30% de huecos) en la construcción de los muros portantes confinados, se muestra en el siguiente video, donde se utilizó ladrillos con 40% de huecos que quedaron triturados[2897clicks] en un experimento de carga lateral cíclica.

Carga lateral armónica. D=10mm. Ladrillos huecos.


Carga lateral armónica. D=10mm. Ladrillos sólidos.


Otros ladrillos que se pulverizan[2897clicks], después que la albañilería se fractura, son los del tipo King Kong Artesanal y Pandereta. Por ello, según la zona sísmica, en la Norma E.070 se especifica que estos ladrillos pueden ser utilizados para construir viviendas de hasta 2 pisos, salvo que el ingeniero demuestre que la estructura se comportará en el rango elástico ante los sismos severos. Esta disposición no se cumplió en Pisco[9881clicks].



Técnica de Construcción Deficiente
En la Norma E.070 se especifica que para que un muro se considere confinado, el concreto de las columnas debe vaciarse después de haberse construido la albañilería, utilizando entre ambos materiales uniones dentadas o a ras. Esta disposición no se cumplió en Pisco[9881clicks], donde, primero se construyeron las columnas para después levantar la albañilería, quedando una junta a ras sin ninguna mecha de anclaje entre ambos elementos. Esto hizo que las columnas no funcionen como arriostres, volcándose la albañilería en los pisos altos, donde la carga vertical que presiona al muro es mínima y las aceleraciones sísmicas son máximas (ver la siguiente imagen).



Comportamiento de la Albañilería en el Sismo de Pisco 15-08-2007
Errores como los indicados y muchos otros más, incidieron en el comportamiento de la albañilería en el sismo de Pisco[9881clicks].





ALBAÑILERÍA ARMADA
Los efectos de las técnicas de construcción[5245clicks] sobre el comportamiento sísmico de la albañilería armada hecha con bloques de concreto, así como el uso de planchas metálicas[3882clicks] en los talones de los muros, fueron investigados. Estas planchas se utilizan para confinar al talón cuando los esfuerzos de compresión por flexión son elevados, controlan la trituración del talón y el pandeo del refuerzo vertical ubicado en los bordes libres del muro (ver el siguiente video).

Pandeo del refuerzo vertical


Otros estudios experimentales hechos en Albañilería Armada fueron:

1) Carga vertical en muros con bloques sílico-calcáreos[3230clicks].
2) Comportamiento de pórticos de albañilería armada[6457clicks].
3) Viga de albañilería armada[5653clicks] vs. concreto armado.
4) Efectos del refuerzo vertical y horizontal[3958clicks];
5) Análisis experimental de confinamientos económicos[955clicks].





ALBAÑILERÍA DE JUNTA SECA
La albañilería de junta seca (sin mortero en las juntas) utilizando bloques sílico-calcáreos P-14[3576clicks] (ver video) y tipo grapa[4459clicks], constituye una gran alternativa para acelerar el proceso constructivo en las edificaciones de albañilería.

P-14: apilamiento, instalación de zuncho y vaciado de grout


Construcción de muros portantes con la placa P-10




REPARACIÓN y REFORZAMIENTO
Muros que fallaron por corte fueron reparados y reforzados con malla electrosoldada recubierta con mortero, lográndose resultados adecuados. Esta técnica fue aplicada en la albañilería confinada[12701clicks] y también en la armada[3360clicks].

Otras técnicas de reparación y reforzamiento[3785clicks] en muros confinados, como el reemplazo de ladrillos o de toda la albañilería, así como la adición de refuerzo horizontal o diagonal, fueron analizadas mediante ensayos de carga lateral cíclica.

También se investigó una manera de reforzar a los tabiques existentes mediante varillas de fibra de vidrio[3036clicks]. Asimismo, empleando varillas de fibra de vidrio, se reparó y reforzó a un muro de albañilería confinada[2591clicks] que había fallado por fuerza cortante.



CONTROL DE LA FALLA POR DESLIZAMIENTO
La falla por cizalle en los muros portantes sujetos a sismos es una de las más peligrosas, por lo que debe ser evitada. Una manera de controlar esta falla fue analizada tanto para la albañilería armada[4160clicks] como para los muros delgados de concreto[7022clicks] armado de ductilidad limitada (ver Blog de Concreto Armado).

Falla por deslizamiento




COMENTARIOS A LA NORMA E.070 "ALBAÑILERÍA"
Con la finalidad de que se aplique en forma apropiada la Norma E.070[6216clicks], se comenta cada uno de sus capítulos, ilustrándolos con numerosas figuras, de tal modo que se constituyan en prácticamente un libro virtual de Albañilería para el lector del blog.

C00. Prólogo, Índice y Bibliografía de Comentarios[6364clicks].
C01. Aspectos Generales[4953clicks].
C02. Definiciones y Nomenclatura[5533clicks].
C03. Componentes de la Albañilería[6180clicks].
C04. Procedimientos de Construcción[7165clicks].
C05. Resistencia de Prismas de Albañilería[3925clicks].
C06. Estructuración[5406clicks].
C07. Requisitos Estructurales Mínimos[4629clicks].
C08. Análisis y Diseño Estructural[7227clicks].
C09. Diseño para Cargas Ortogonales al Plano del Muro[6106clicks].
C10. Interacción Tabique-Estructura Aporticada[5616clicks].



DISEÑO ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS DE ALBAÑILERÍA
Se presenta al lector la aplicación de la Norma E.070[6216clicks] en el diseño de la estructura de un edificio de albañilería confinada[10738clicks], en otro de albañilería armada[3282clicks], y en un muro armado de sección transversal "L"[3149clicks].

Otros parámetros analizados teóricamente fueron:

1) Efecto del modelo matemático[4663clicks] en la respuesta sísmica.
2) Efecto de la esbeltez del muro[2501clicks] en la resistencia a corte.
3) Vigas de acople[2418clicks] chatas versus peraltadas.
4) Demanda de resistencia[1344clicks] en edificios peruanos; etc.

Modelo de un edificio de albañilería




ADOBE CONFINADO
El confinamiento de los muros de adobe[2357clicks] con elementos de concreto pobre y escaso refuerzo, constituye una alternativa para evitar el colapso de las viviendas de adobe ante los sismos. Esta alternativa fue analizada mediante ensayos de carga lateral cíclica en muros a escala natural[5451clicks] y ensayos de simulación sísmica en mesa vibradora de un módulo de dos pisos[4222clicks], ver el siguiente video.

Estos experimentos dieron lugar a una propuesta de diseño a la rotura[6570clicks] para el adobe confinado, la cual se encuentra en revisión por el Comité Técnico de la Norma E.080[1298clicks].

Adobe Confinado sin refuerzo horizontal en el segundo piso


REFORZAMIENTO DE VIVIENDAS DE ADOBE EXISTENTES
Reforzamiento con malla de casas existentes en 1998




La alternativa de reforzar a las casas de adobe existentes mediante malla electrosoldada[5304clicks] fue probada con éxito en 6 viviendas en el sismo del 23 de junio del 2001 (Ms = 7.9) y en 2 casas ubicadas en Guadalupe[2531clicks] y en Pachacútec[1781clicks] (Ica), en el sismo del 15 de agosto del 2007 (Ms = 7.0).

Estas 8 viviendas fueron reforzadas en el año 1998[2413clicks], en el marco del proyecto GTZ-CERESIS-PUCP, y ante los terremotos citados no presentaron fisuras. El manual de reforzamiento aparece en la página web de CERESIS, debiendose destacar que el proceso de reforzamiento[3110clicks] es muy fácil de ejecutar, pero, como en toda técnica, existen limitaciones[2413clicks] en su aplicación.



Adobe No Reforzado. Porqué debemos reforzarlo:


REFUERZOS PARA VIVIENDAS NUEVAS DE ADOBE
Después del éxito obtenido en el terremoto del 2001 con las seis viviendas existentes de adobe reforzadas con malla electrosoldada, se realizó el proyecto COPASA-PUCP, bajo el financiamiento de GTZ, donde se construyeron 400 viviendas de adobe en la zona alto-andina de Arequipa, a un costo de US$ 47.6 el metro cuadrado. Estas viviendas fueron reforzadas con malla electrosoldada y una viga solera de concreto armado, siguiéndose las especificaciones presentadas en un MANUAL[2661clicks]elaborado por COPASA-GTZ, bajo la supervisión técnica de la PUCP. Debe destacarse que ante el sismo de Chinini (Mw = 5.3, foco a 9 Km) del 13-12-2002, las diez casas reforzadas en Chinini no tuvieron fisuras, mientras que el 90% de las viviendas no reforzadas presentaron daños de consideración.

El sistema de refuerzo horizontal y vertical en base a caña (ver el siguiente video) que especifica la Norma de Adobe E.080[1298clicks], proviene de múltiples experimentos realizados en la PUCP, con el objetivo de evitar el colapso de las casas ante los terremotos severos. Una variante de este sistema empleando adobes alveolares[3453clicks] que facilitan el paso del refuerzo vertical, también fue analizada.

Adobe reforzado con caña. Sismo Severo.


TAPIAL
Utilizando varillas de eucalipto y mediante ensayos en mesa vibradora, se analizó una alternativa similar a la Albañilería Armada para reforzar a las viviendas de tapial[3453clicks]. Cabe indicar que el exceso de refuerzo no permite compactar adecuadamente la tierra y ella termina desmoronándose ante los sismos, mientras que cuando no existe refuerzo las tapias vibran desordenadamente y colapsan enteras (ver videos).

El uso de suelos con alto contenido de arcilla (más de 30%) en la fabricación de las tapias, genera fracturas por contracción de secado. A este problema se sumó la construcción de muros muy esbeltos sobre un suelo de baja calidad, que motivaron el colapso de muchas viviendas de tapial no reforzado en el terremoto de Lamas[2366clicks], ocurrido el 25-09-2005.

Tapial con refuerzo excesivo(izq) vs.Tapial No Reforzado (der)


Tapial con Refuerzo Mínimo - Sismo Severo




VIVIENDAS NO CONVENCIONALES DE HASTA 2 PISOS
Con la finalidad de ilustrar al lector, se presenta algunos sistemas de vivienda no tradicionales que fueron probados sísmicamente y también a carga vertical en el Laboratorio de Estructuras de la PUCP. Estos sistemas pasaron con éxito las pruebas citadas, recomendándose para cada uno una técnica de diseño estructural. Ellos fueron:

1) Poliblock Reforzado[4683clicks];
2) Tronco[2161clicks];
3) PanelCast[2979clicks]; y,
4) Premier Building System[1893clicks].

Sistema Tronco: construcción y sismo severo


Poliblock Reforzado - Resonancia en sismo armónico




ESPACIO LIBRE
El documento del lector tendrá un peso menor que 2MB y se publicará sin ningun tipo de edición, por lo que el contenido será de responsabilidad exclusiva del autor o autores. Pueden remitirme su artículo en formato PDF, video en formato MPEG, o álbum de fotografías en formato PDF, al E-mail: asanbar@pucp.edu.pe.

1) Interacción Sísmica Suelo-Estructura[7216clicks] en Edificaciones de Albañilería Confinada con Plateas de Cimentación. Por: William Galicia y Javier León. Universidad Privada Antenor Orrego. Trujillo.

2) Comportamiento ante el sismo del 15-08-2007 de viviendas de Adobe-Quincha[2356clicks] de 2 pisos y de Adobe de 1 piso, construidas en Pacarán y Lunahuaná, Cañete. Por: Gerencia de Investigación y Normalización - SENCICO.

3) Estudio de la zona afectada por el terremoto de Pisco [2093clicks] - Agosto 15 del 2007, por Misión CERESIS/UNESCO e Intensidades y Daños del Terremoto, por Maximiliano Astroza (miembro de la Misión), Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile.

4) Problemática de las edificaciones[4661clicks] de concreto armado y ladrillo. Por: Antonio Blanco Blasco Ingenieros E.I.R.L.

5) Refuerzo de muros y tabiques de albañilería con mallas de polímeros[3072clicks]. Por: Daniel Torrealva Dávila. Profesor Principal de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

6) Construcción y mantenimiento de viviendas de albañilería[2470clicks]. Para albañiles y maestros de obra. Por: Marcial Blondet. Profesor Principal de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

7) A reconnaisance report on the Pisco, Peru earthquake of august 15, 2007. By: Jorgen Johansson, Paola Mayorca, Tatiana Torres and Edwin Leon. University of Tokyo - Japan.

8) Manual de instalación para muros no portantes con placa P-7 y placa P-10[6048clicks]. Versión 6. Por: CML LACASA.

Fabricación automatizada de la placa P-10


P-7: Junta vertical mejorada


9) Construcción de casas saludables y sismorresistentes de adobe reforzado con geomallas[1230clicks]. Zona de la Costa. Por: Julio Vargas Neumann, Daniel Torrealva y Marcial Blondet. Profesores Principales de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

10) Construcción de casas saludables y sismorresistentes de adobe reforzado con geomallas[1484clicks]. Zona de la Sierra. Por: Julio Vargas Neumann, Daniel Torrealva y Marcial Blondet. Profesores Principales de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

11) Sismo de Lima del 29 de Marzo de 2008 (5.3ML)[1823clicks]. Región Central del Perú. Informe Preliminar. Por: Hernando Tavera e Isabel Bernal. Instituto Geofísico del Perú. Dirección de Sismología.

12) Reglamentación para el uso de la Geomalla en el Adobe[1054clicks]. Por: Gerencia de Investigación y Normalización -SENCICO.

13) Evaluación del Riesgo Sísmico del Centro Histórico de Chiclayo[1212clicks]. Por: Julio Julca y Carlos Orbegoso. Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo. Chiclayo.

14) Estudio sobre la Resistencia de Adherencia de la Albañilería en Chile[1226clicks]. Por: Maximiliano Astroza y Mauricio Muñoz. Universidad de Chile.

15) Manual para el Desarrollo de Viviendas Sismorresistentes. Autor: Julio Kuroiwa, ATP Programa de Reconstrucción/Ciudades Sostenibles PNUD. Coautores: Daniel Torrealva (PUCP), Ángel San Bartolomé (PUCP) y Carlos Zavala (CISMID-UNI).

16) Resistencia al Corte de Muros de Albañilería Reforzados Exteriormente con Fibras[1404clicks]. Por: Pablo Alcaíno, profesor de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, y Hernán Santa María, profesor de la Pontificia Universidad Católica de Chile.

17) Cartilla de Construcción en Adobe Confinado[3143clicks]. Biblioteca Comunal. Por: Wilson Silva, Ángel San Bartolomé y Victoria Ramírez. Profesores de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

18) Reforzamiento estructural de muros de albañilería de bloques artesanales de concreto[818clicks]. Por: Daniel Quiun (profesor Principal de la Pontificia Universidad Católica del Perú), Karhell Alferez y Diana Quinto (egresadas de la Maestría en Ingeniería Civil de la PUCP).

19) Manual de Quincha Pre-Fabricada [723clicks] para Maestros de Obra. Por: Viviana Arriola Vigo y Urbano Tejada Schmidt. Centro de Investigación, Documentación y Asesoría Poblacional CIDAP.

20) Reparación de aligerados dañados por corrosión del acero de refuerzo[2795clicks]. Por: Marcos Rider, profesor de la Universidad Nacional Federico Villarreal, Ángel San Bartolomé y Wilson Silva, profesores de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

Corrosión del refuerzo en el aligerado de la Casa 1


21) Ensayo en mesa vibradora[685clicks] (sismos de Ica-2007 y Kobe-1995) de un módulo de albañilería representativo de viviendas en Pakistán. El módulo no cumple con los requisitos mínimos de la Norma peruana E.070: albañilería semi-confinada, diafragma flexible, dimensiones de columnas, dintel discontinuo, conexión columna-albañilería y solera-columna. El experimento fue conducido por la Universidad de Mie, NIED y el BRI. Japón 04-07-2008.



22) FRP Composites for Masonry Retrofitting[108clicks]. By: Gustavo Tumialan, Milan Vatovec and Paul Kelley. Company: Simpson Gumpertz and Heger´s, USA.

23) Sistemas de Refuerzo Estructural en Monumentos Históricos[57clicks] de la Región Cusco. Tesis para optar el título de Ingeniero Civil. Por: Yhosimi Esquivel. Asesor: Daniel Torrealva. Pontificia Universidad Católica del Perú.

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