Charla Ing. Daniel Torrealva

Criterios para Construcciones de Adobe Resistentes a Sismos Daniel Torrealva

IntroducciónA pesar de ser la tierra en sus diversasformas de utilización el material deconstrucción más usado en el mundo,desde el punto de vista técnico estaclasificado como un material “noingenieril”.

30% de lapoblaciónmundial viveen casas detierraY muchas deellas estánubicadas enáreassísmicas

Las geomallas como refuerzo en construcciones de adobe.

El material de refuerzo propuesto posee propiedadesestándar de resistencia y rigidez, siendo fabricado demantas de polímero de alta densidad, las cuales sonperforadas a intervalos regulares y luego estiradas enambas direcciones a temperatura y fuerza controlada, afin de obtener una malla biaxial con aberturasrectangulares, nudos rígidos y costillas flexibles

GEOMALLA BIAXIAL

La resistencia por metro de ancho es 14kNen la dirección longitudinal y 19.2 kN en ladirección transversal.

PROCEDIMIENTO DE INSTALACION DEL REFUERZO DE GEOMALLA EN CONSTRUCCION EXISTENTE

PASO 1RETIRAR EL TARRAJEO DE LA PARED QUE SE VA A REFORZAR

PASO 2CORTAR LA GEOMALLA Y PRESENTARLA EN AMBOS LADOS DEL MURO DE ADOBE

PASO 3 MEDIANTE UN TALADROHACER PERFORACIONES EN EL MURO CADA 30 A 40CM DE SEPARACION HORIZONTAL Y VERTICAL

PASO 4CONECTAR Y AMARRAR LA GEOMALLA DE AMBAS CARAS MEDIENTE CINTAS OCUERDAS DE NYLON O POLIMERO

Pontificia Universidad Católica del PerúDepartamento de Ingeniería

PASO 5 VOVER A TARRAJEAR LA PARED DE ADOBE CON BARRO, O BARRO CON ALGUN AGLOMERANTEQUE PUEDE SER CEMENTO CAL O YESO

En Perú, después del sismo dePisco en el 2007, mas de 3,000viviendas de adobe han sidoreconstruidas con refuerzo degeomallas en los departamentos deLima, Ica y Huancavelica.La información sobre este hecho seencuentra en la web del Grupo deViviendas seguras y saludables.www.gvss.pe

Luego del sismo de Pisco la PUCP, CARE-Perú y FORSURunieron esfuerzos para participar en el proceso de reconstrucción Cartilla de difusiónEl proyecto buscó capacitar a los pobladores en la construcción deviviendas de adobe saludables y seguras Pontificia Universidad Católica del Perú Grupo de Desarrollo Humano

La primera fase del proyecto de capacitación se realizó en elcampus PUCP. Participaron 100 maestros de Lima y de las zonasafectadas Pontificia Universidad Católica del Perú Grupo de Desarrollo Humano

La segunda fase se realizó en Cañete, Chincha y PiscoSe construyeron 9 viviendas modelo deadobe reforzado con geomalla Pontificia Universidad Católica del Perú Grupo de Desarrollo Humano

Los participantes ayudaron en la construcción de una viviendamodelo de su localidad “Aprender Haciendo” Pontificia Universidad Católica del Perú Grupo de Desarrollo Humano

Comprobación experimental de la eficacia de las geomallas

ENSAYOS DE SIMULACIÓN SISMICA EN MÓDULOS DE ADOBE REFORZADOS CON GEOMALLAS

EFECTO DEL TARRAJEO SOBRE LA GEOMALLA LADO SIN TARRAJEOLADO CON TARRAJEO

ENSAYOS CUASI ESTÁTICOS

Resistencia a la flexión fuera del plano

FLEXIÓN EN MUROS VERTICALES

OUT OF PLANE BENDING TESTS

OUT OF PLANE BENDING TESTS 1ra fase 12 10 8 V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

1ra fase 12 10 8V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

2da fase 12 10 8V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

3ra fase 12 10 8V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

4ta fase 12 10 8V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

5ta fase 12 10 8V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

6ta fase 12 10 8V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

OUT OF PLANE BENDING TESTS COMPARATIVE CURVES Reinforced with geogrid - Non reinforced 12 10 8V(kN) 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 D1 (mm)

ENSAYO DE FLEXION VERTICAL MURO REFORZADOTARRAJEO DE CEMENTO/ARENA 1/5

ENSAYO DE FLEXION VERTCAL CURVAS COMPARATIVES DE ENVOLVENTESTARRAJEOS DE CEMENTO/ARENA, BARRO Y SIN REFUERZO

FLEXIÓN EN MUROS HORIZONTALES

Curva Fuerza-Desplazamiento en la viga ensayada a la rotura.

Esquema de propagación dedeformaciones y sucorrespondiente diagrama deesfuerzos en un muro deadobe reforzado con geomallay sometido a flexióntransversal.

De acuerdo al resultado del ensayo, en el momento de rotura:La distancia “a” es mínimaEl brazo del par K = da (espesor neto del muro)El valor de fa no es relevante por el efecto del confinamiento

Por tanto la resistencia nominal última Mn se puede determinarcon la siguiente fórmula: Mn = (fg) (d)Donde:fg = Resistencia última a tracción de la geomalla por unidad delongitud.d = Distancia de la fibra extrema en compresión del muro, sinconsiderar el mortero de tarrajeo, al centroide del refuerzo entensión. (d es igual al espesor neto del muro).

Resistencia a la fuerza cortante en el plano del muro.

CYCLIC SHEAR TEST – PLAIN WALL

ENSAYO DE CORTE CICLICO- MURO SIMPLE

REINFORCED AND NON PLASTERED WALL

ENSAYO DE CORTE CICLICO –MURO REFORZADO SIN TARRAJEO

REINFORCED AND PLASTERED WALL Pontificia Universidad Católica del Perú Departamento de Ingeniería

ENSAYO DE CORTE CICLICO MURO REFORZADO Y TARRAJEADO 60 50 40 30Shear Force (kN) 20 10 0 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -10 -20 -30 -40 -50 Displacement (mm)

ENSAYO DE CORTE CICLICO CURVAS ENVOLVENTES COMPARATIVAS 0.045 0.04 0.04MPa 0.035 Geomalla con tarrajeo 0.03 0.03MPa 0.025 Geomalla sin tarrajeo 0.02 0.02MPaESFUERZO CORTANTE 0.015 Sin Geomalla 0.01 0.01MPa 0.1 0.005 M Pa 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 Distorsión Angular d/H

Observaciones de los ensayos(1) Valor Máximo del Esfuerzo Cortante = 0.4kg/cm2.(2) Distorsión Angular Máxima = 2.5%. (asociada a 1)(3) Esfuerzo Cortante Máximo etapa elástica = 0.2kg/cm2

LA “FLUENCIA “ DEL ADOBE REFORZADO EN CORTE COPLANARPara distorsiones angulares mayores a 2.5%, elesfuerzo cortante comienza a disminuirproducto del desprendimiento del tarrajeo y elconsecuente deterioro interno del muro deadobe el cual comienza a fracturarse pero semantiene en posición por el efecto deconfinamiento que le produce la malla derefuerzo.

Después de la etapa elástica, el refuerzo debe tomar todo el corte hasta una fuerza máxima por unidad de longitud equivalente a 0.04MPa por el espesor bruto de la sección. Con ello, la resistencia nominal de la malla se calcula como : Fg(nominal) = (vu) (b) (1/N)fg = Resistencia última de la malla por unidad de longitudb = Espesor bruto del muro incluyendo el tarrajeo.vu = = 0.04MPa (0.4kg/cm2)N = Numero de capas de malla en el muro en ambas caras.

Ensayos de cortecíclico en muros de 1.50x1.50 Espesores de 25 y 40cm

Corte Ciclico M1 30 20Fuerza Horizontal (kN) 10 0 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 -10 -20 -30 Desplazamiento (mm)

CORTE CICLICO M1 E=40CM 80 60HORIZONTAL(Kn) 40 FUERZA 20 0 -100 -50 -20 0 50 100 150 200 -40 -60 DESPLAZAMIENTO (MM)

M-2 V vs D 80 60 40 20V(kN) 0 -200 -150 -100 -50 -20 0 50 100 150 200 -40 -60 -80 D(mm)

Base conceptual para el diseño sísmico de muros de adobe reforzados con geomallas

Las hipótesis que se deben cumplir son las siguientes:1.Los muros están completamente reforzados con geomallas por ambascaras.2.Las geomallas de ambas caras están conectadas entre si y a través delmuro cada 30cm aproximadamente horizontal y verticalmente.3.Los muros se tarrajean con barro con paja embebiendo en ello a lasgeomallas.4.Los muros así reforzados son los suficientemente esbeltos paragenerar un comportamiento predominantemente de flexión para fuerzastransversales al plano, lo cual se estima que se consigue para unaesbeltez mayor a 4.5.Los esfuerzos de compresión por el efecto combinado de la cargavertical y el momento flector coplanar no son relevantes debido a la pocaaltura de las edificaciones de adobe en áreas sísmicas.

Criterio de diseño por corte coplanarEn base al comportamiento observado en el ensayo decorte coplanar se puede afirmar que existe un valormáximo del esfuerzo cortante que puede soportar unmuro de adobe que corresponde al valor de 0.4kg/cm2 elmismo que esta asociado a una distorsión angular de2.5%. En los tres muros ensayados se aprecia tambiénque el valor máximo del esfuerzo cortante en etapaelástica es de 0.2kg/cm2.

La resistencia requerida del refuerzo (fg) por unidad delongitud se calcula con la siguiente expresión: fg = (S) (vu) (b) (1/N) (1)Donde:fg = Resistencia de la malla por unidad de longitud al 5% deelongación.S = Factor que asegura el comportamiento inelástico debido aque la geomalla es linealmente elástica hasta la rotura (S=1.3).b = Espesor bruto del muro incluyendo el tarrajeo.vu = Esfuerzo cortante último que resiste un muro de adobereforzado con geomalla ( para muros tarrajeados con barro =0.04MPa o 0.4kg/cm2).N = Numero de capas de malla en el muro en ambas caras.

Criterio de diseño por flexión.Las siguientes conclusiones se basan en la observación yresultados experimentales de los ensayos de flexión ensecciones de muros de adobe reforzados con geomallas:•La resistencia a flexión de la sección está gobernada por laresistencia última a tracción del refuerzo.•Las grietas de tracción por flexión del muro se originan ypropagan a través de las juntas entre mortero y unidad deadobe.•La falla por compresión de los adobes no es influyentedebido al confinamiento producido por la geomalla.

La resistencia a flexión por unidad de longitud Mr se determinamultiplicando la resistencia nominal Mn por un factor dereducción Φ con la siguiente fórmula: Mr = Φ Mn = (Φ) (fg) (d) (2)Donde:Φ = Factor de reducción de la resistencia a flexión (Φ = 0.9)fg = Resistencia última a tracción de la geomalla por unidad delongitud.d = Distancia de la fibra extrema en compresión del muro, sinconsiderar el mortero de tarrajeo, al centroide del refuerzo entensión. Usualmente d es igual al espesor neto del muro.

Procedimiento de diseño.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO1.Con la fuerza cortante en el plano de cada muro determinarel nivel de esfuerzo cortante dividiendo entre la seccióntransversal neta del muro, restando las aberturas de puertasy/o ventanas si las hubiera.2.Si el esfuerzo cortante es menor que 0.02MPa entonces elmuro se comportará elásticamente y el refuerzo aplicadopuede tener condición de refuerzo mínimo.3.Si el esfuerzo cortante está entre 0.02 y 0.04MPa quieredecir que se ha sobrepasado el límite elástico inicial y elrefuerzo de geomalla debe tomar conservadoramente el cortemáximo que puede soportar el muro reforzado para lo cual seusa en forma conservadora la expresión (1)

4. Si el esfuerzo cortante es mayor de 0.04MPa el muroentrará en el rango inelástico con deterioro significativo delmuro de adobe lo cual se asegura usando el refuerzoestipulado en la misma expresión (1).5. Una vez definida la resistencia a tracción del refuerzo, sedetermina el momento resistente de la sección por unidadde longitud según la expresión (2) y se verifica que seamayor que los momentos generados por las aceleracionesperpendiculares al plano del muro.6. Si los momentos flectores actuantes por efecto de lafuerza fuera del plano son mayores al momento resistente,se puede colocara capas de malla adicional u otro tipo demalla mas resistente en las zonas que lo requieran.

Ejemplo de diseño.

Sea un modulo de adobe de 4.00m de ancho por 6.00m. de largo y 3.00 m. de altura. Los muros tienen unespesor de 0.40m y un peso especifico de 18000 N/m3.Se considera un techo ligero de 2000 N/m2 de peso.

Calculo de la fuerza sísmica horizontalSegún la NTE 080: Donde: S: Factor de suelo.

P: Peso de la edificación:Entonces:H= 1.2x1.0x0.2 P = 0.24 PLa edificación se modela en el programa SAPcon elementos finitos considerando 2 hipótesispara el sistema de techo.El techo se considera como un diafragmaflexible.El techo se considera como un diafragma rígido.Se analizan ambas opciones y se consideran losresultados más desfavorables.

Diafragma flexible Se encierran las zonas en las que el esfuerzo cortante excede el 0.02 MPa. El máximo esfuerzo cortante es de 0.025 MPa.Distribución de esfuerzos cortantes en muro longitudinal

Diafragma rígidoSe encierran las zonas en las que el esfuerzo cortanteexcede el 0.02 MPa. El máximo esfuerzo cortante esde 0.038 MPa. Distribución de esfuerzos cortantes en muro longitudinal

Diafragma flexible El color azul indica las zonas en las que el esfuerzo cortante coplanar excedió el límite de 0.02MPa. El máximo esfuerzo cortante es de 0.03MPa.Distribución de esfuerzos cortantes en muro transversal

Diafragma rígido El color azul indica las zonas en las que el esfuerzocortante coplanar excede el límite de 0.02MPa. El máximoesfuerzo cortante es de 0.03MPa. Distribución de esfuerzos cortantes en muro transversal

De acuerdo entonces al criterio de diseño y aplicando laecuación 1, tenemos que la fuerza de tracción mínima en lamalla de refuerzo (fg) por unidad de longitud debe ser: fg = (S) (vu ) (b) (1/N) = (1.3) (0.04Mpa) (0.44m) (1/2) fg = 11.44 kN/mSe ha considerado 2cm adicionales por cada lado debido altarrajeo.

Diseño por Momento FlectorPara obtener los momentos flectores más desfavorablesse evalúa la edificación para los modelos de techo rígidoy techo flexible considerando en ambos casos lassiguientes hipótesis de carga:•Para los muros longitudinales: 100% H en la direcciónlongitudinal mas 30% H en la dirección transversal.•Para los muros transversales: 100% H en la direccióntransversal mas 30% H en la dirección longitudinal.

Envolvente deMomentosMáximos

Según la ecuación 2, el momento resistente usando laresistencia necesaria por corte es:Mr = (Φ) (fg) (d) = (0.9) (11.44 kN/m) (0.4m) = 4.12 kN-m/m Gracias! Mr = 4.12 kN-m/mSe demuestra que el momento resistente es mayor que losmomentos actuantes por lo que la malla sugerida cubre tanto Daniel Torrealvalos esfuerzos de corte hasta el rango inelástico y losesfuerzos de flexión fuera del plano.

Charla Ing. Daniel Torrealva

by jirrivar

Accessibility

Categories

Upload Details

Usage Rights

1 Embed 40

Statistics