ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓ N SÍSMICA PARA …
Transcript of ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓ N SÍSMICA PARA …
ALTERNATIVAS DE REHABILITAC IÓ N SÍSMIC A PARA EDIFICACIONES EN
ADO BE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BO GO TÁ
MARÍA ESTER LÓPEZ RODRÍGUEZ
CÓ DIGO : 199921582
UNIVERSIDAD DE LO S ANDES INGENIERÍA C IVIL
BOGO TÁ 2004 – 2
ALTERNATIVAS DE REHABILITAC IÓ N SÍSMIC A PARA EDIFICACIONES EN
ADO BE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BO GO TÁ
MARÍA ESTER LÓPEZ RODRÍGUEZ
CÓ DIGO : 199921582
PRO YECTO DE GRADO
JUAN CARLO S REYES
UNIVERSIDAD DE LO S ANDES INGENIERÍA C IVIL
BOGO TÁ 2004 – 2
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
1
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………...1
1.1 OBJETIVOS Y JUSTIFICACIÓN………………………………………………....1
1.2 METODOLOGÍA Y ALCANCE…………………………………………………..2
2. PROCESO CONSTRUCTIVO……………………………………………………...….3
2.1 CIMENTACIÓN……………………………………………………………………3
2.2 PISOS SOBRE EL TERRENO…………………………………………………….5
2.3 MUROS DE ADOBE………………………………………………………………7
2.4 MUROS DE TAPIA PISADA……………………………………………………..10
2.5 VANOS DE PUERTAS……………………………………………………………11
2.6 ENTREPISOS…………………………………………………………………...…11
2.7 MUROS EN NIVEL SUPERIOR………………………………………………….12
2.8 CUBIERTA………………………………………………………………………...13
3. VULNERABILIDAD SÍSMICA DE CONSTRUCCIONES EN ADOBE Y TAPIA
PISADA………………………………………………………………………………..14
3.1 GENERALIDADES……………………………………………………………….14
3.2 GRIETAS TÍPICAS EN EDIFICACIONES DE TIERRA ANTE LA OCURRENCIA
DE UN SISMO……………………………………………………………………..17
3.3 RESUMEN DE TIPOS DE MACANISMOS DE FALLA Y AGRIETAMIENTOS EN EDIFICACIONES EN TIERRA………………………………………...……………...19
4. AMENAZA SÍSMICA EN LA CANDELARIA………………………………………...23
4.1 GENERALIDADES………………………………………………………………..23
4.2 CÁCLULO DE LA AMENAZA…………………………………………………...23
5. ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA………………………………...32
5.1 GENERALIDADES………………………………………………………………..32
5.2 DIAFRAGMAS RÍGIDOS…………………………………………………………33
5.3 REFORZAMINTOS DE MUROS…………………………………………………36
6. ENSAYOS DE LABORATORIO E INTERPRETACIÓN DEL COMPORTAMIENTO
EXPERIMENTAL…………………………………………………………………………44
6.1 GENERALIDADES……………………………………………………………….44
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
2
6.2 CARACTERIZACIÓN DE PROPIEDADES DE MATERIALES………………..45
6.3 ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE PROPIEDADES BÁSICAS PARA
EL ADOBE Y LA TAPIA……………………………………………………………..50
6.4 COMPORTAMIENTO DE ELEMNTOS ESTRUCTURALES PRINCIPALES…63
7. MODELACIÓN ANALÍTICA Y TEORÍA DE FALLA………………………………..91
7.1 COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL………………………………………...91
7.2 TEORÍA DE FALLA……………………………………………………………..102
7.3 DISEÑO SIMPLIFICADO DE REHABILITACIÓN CON ELEMENTOS DE
MADERA CONFINANTES………………………………………………………….123
7.4 RECOMENDACIONES DE REFORZAMIENTO MÍNIMO NOMINAL……….127
7.5 CASO DE APLICACIÓN………………………………………………………...128
8. CONCLUSIONES………………………………………………………………...……142
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………….…143
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
3
1. INTRODUCCIÓN
1.1 Objetivos y justificación
La Universidad de los Andes hizo un estudio titulado “Estudios de vulnerabilidad sísmica y
alternativas de rehabilitación para edificaciones en adobe y tapia pisada”, donde dice que el adobe,
la tapia pisada y el bahareque fueron las primeras técnicas constructivas usadas en Colombia para el
desarrollo urbano y residencial del país. Durante cuatro siglos, se usaron estas técnicas para hacer
todo tipo de construcciones; desde casas muy grandes y muy lujosas destinadas a los funcionarios
del gobierno y a edificaciones eclesiásticas, hasta casas muy pequeñas y humildes, pertenecientes a
criollos, artesanos y obreros. El éxito de estas técnicas se debió a los bajos costos de los materiales
y a la facilidad en la construcción. Además, por esto mismo las técnicas se fueron acomodando a las
variaciones en el clima, la topografía y los suelos.
No obstante, a comienzos del siglo XX, llegaron nuevas técnicas constructivas que involucraron
nuevos materiales tales como el cemento, la mampostería moderna y el acero, que desplazaron a los
antiguos materiales. El adobe y la tapia se empezaron a considerar sinónimo de retrazo, lo que llevó
a la destrucción de muchas construcciones hechas con estas técnicas, para reemplazarlas por
edificaciones construidas con las nuevas técnicas.
Además, en el “Manual para la rehabilitación de viviendas construidas en adobe y tapia pisada”,
también de la Universidad de los Andes, dice que este tipo de construcciones tiene un alto grado de
vulnerabilidad ante sismos de magnitudes intermedias a altas. Habla de sismos como el de Cúcuta
en 1875, el de Popayán en 1983, y el de Armenia en 1999, lugares donde el adobe y la tapia pisada
son materiales muy comunes, y donde hubo grandes pérdidas en términos de vidas humanas y de
pérdidas de patrimonio.
Todavía se conservan muchas de estas construcciones. Un ejemplo de esto es el Barrio La
Candelaria de Bogotá. Por eso es necesaria la intervención de técnicas modernas de restauración y
rehabilitación, para que dichas construcciones puedan mantenerse en pie en el caso de un sismo.
El objetivo principal de este trabajo de grado es entender las propiedades mecánicas de
construcciones en adobe y en tapia pisada, y el efecto de las diferentes alternativas de rehabilitación
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
4
en este tipo de construcciones con el fin de llegar a una solución que tenga en cuenta tanto la
seguridad como la preservación.
1.2 Metodología y alcance
Con base en el Informe “Estudios de vulnerabilidad sísmica y alternativas de rehabilitación para
edificaciones en adobe y tapia pisada” de la Universidad de los Andes, se pretende ver y comparar
los resultados de los diferentes ensayos de laboratorio y modelaciones en SAP2000, que se le
hicieron a los modelos a escala. Los modelos a escala se ensayaron sin y con los refuerzos
alternativos de rehabilitación.
Esto con el fin de poder llegar a una conclusión viable, donde se logre llegar a definir cuál es la
mejor alternativa de rehabilitación, en términos de conservación y seguridad.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
5
2. PROCESO CONSTRUCTIVO
2.1. Cimentación
Por lo general, la cimentación de construcciones en adobe y tapia pisada está conformada por vigas
corridas en piedra (localizadas bajo los muros principales) y por un material llenante. Las formas
de cimentación más encontradas en la investigación que hizo la Universidad de los Andes son: en
L, en T invertida o cimentación prismática del mismo ancho del muro.
Los llenantes más usados son suelo arenoso o lleno de cal y de canto. El suelo arenoso no tiene que
ser necesariamente encontrado en el mismo sitio pero debe permitir una apropiada acomodación de
los pedazos de roca. El lleno de cal y de canto es una mezcla entre suelo arenoso y cal. En algunos
casos no se usa ningún tipo de llenante, conformando una cimentación con vacíos.
Los sobrecimientos se proyectan desde la cota del terreno hasta donde va la cimentación, y están
hechos de un material rígido y resistente, con el fin de proteger los muros de tierra o adobe de
acciones agresivas que ocurren al nivel del suelo tales como la humedad y el goteo. Los materiales
más comunes para estos son ladrillo cocido o fragmentos de roca.
A continuación se muestran algunas figuras de diferentes tipos de cimentación y de sobrecimientos
encontrados en el barrio la Candelaria de Bogotá, en el estudio que hizo la Universidad de los
Andes.
Figura 2.1 Tipos de cimentación encontradas en La candelaria en el estudio
realizado por la Universidad de los Andes
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
6
Figura 2.1 Tipos de cimentación encontradas en La candelaria en el estudio
realizado por la Universidad de los Andes
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
7
Figura 2.2 Tipos de sobrecimientos encontrados en el estudio
Realizado por la Universidad de los Andes
2.2 Pisos sobre el terreno
Existen principalmente tres tipos de pisos sobre el terreno: con la base en ladrillo cocido, con
estructura de madera, y con la base en roca y suelo compactado. Para el piso con la base en ladrillo
cocido, el suelo se compacta y se nivela, y luego se ponen los ladrillos cocidos. Para el piso con
estructura de madera, se instalan unas vigas de madera de sección pequeña, y sobre estas en sentido
ortogonal se ponen unas tablas de madera. Para el piso con la base en roca y suelo compactado, se
compacta una capa de roca triturada luego se pone una capa de suelo arenoso, y finalmente se
instala el piso que puede estar conformado por elementos de arcilla cocida o por baldosas de
cemento.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
8
A continuación se muestran algunas figuras de los tipos de pisos sobre el terreno que se encontraron
en la Candelaria en el estudio que hizo la Universidad de los Andes.
Figura 2.3 Tipos de piso sobre terreno encontrados en el estudio
Realizado por la Universidad de los Andes
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
9
2.3 Muros de adobe
Los muros de adobe están constituidos por elementos macizos de barro sin cocinar. Se puede decir
que las dimensiones de estos varían entre 0.30-0.40 m de largo, 0.15-0.20 m de ancho y 0.07-0.10 m
de alto, aunque estas cambian con frecuencia.
El suelo con el que se construye, debe tener unas características mínimas y se le debe agregar
algunos materiales como paja, fibras naturales, crin de caballo, etc. Para hacer las piezas de adobe,
se pone el barro humedecido en unos moldes que tienen las dimensiones deseadas hasta el secado,
se sacan de los moldes y se dejan al aire libre por 15 días evitando que queden directamente al sol.
El mortero de pega se hace con suelo del terreno; si este no proporciona la cohesión deseada de le
agrega cal. Muchas veces también se le agregan materiales que aumentan la resistencia como paja.
Para los muros cargueros los aparejos más representativos son los siguientes:
• Una hilada compuesta de dos adobes en tizón y la siguiente de tres en soga con dos medios
adobes entre ellos. (Figura 2.4)
Figura 2.4 Aparejos más encontrados para los muros cargueros en
El barrio La Candelaria en el estudio de la Universidad de los Andes
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
10
• Una hilada compuesta de un adobe a tizón y uno a soga. (Figura 2.5)
Figura 2.5 Aparejos más encontrados para los muros cargueros en
El barrio La Candelaria en el estudio de la Universidad de los Andes
• Una hilada compuesta de dos adobes a soga y la siguiente a tizón. (Figura 2.6)
Figura 2.6 Aparejos más encontrados para los muros cargueros en
El barrio La Candelaria en el estudio de la Universidad de los Andes
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
11
• Una hilada compuesta de un adobe a tizón.
Para los muros no cargueros, por lo general las hiladas están compuestas por adobes en soga.
(Figura 2.7)
Figura 2.7 Aparejos más encontrados para los muros no cargueros en
El barrio La Candelaria en el estudio de la Universidad de los Andes
En algunos casos se encuentran muros reforzados en las esquinas o con refuerzos internos (Figuras
2.8 y 2.9), pero parece que con ningún motivo estructural, puesto que en ese tiempo no había
conciencia sobre los sismos.
Figura 2.8 Figura 2.9 Refuerzo en las esquinas Refuerzos internos
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
12
2.4 Muros de Tapia pisada
La técnica consiste en compactar capas de 0.10 m de tierra, con una herramienta elaborada en obra
denominada pisón, similar a un remo aunque variable en peso y forma entre las diferentes regiones.
Dicha compactación se hace dentro de una formaleta llamada Tapial, que consta de dos tableros de
madera de 1.0 m de alto por 2.0 m de largo (hojas de tapial), y por dos compuertas que determinan
el ancho. Al igual que el pisón, las dimensiones del Tapial varían entre las diferentes regiones.
Las hojas de tapial están sobre tres elementos horizontales transversales que se llaman mechinales,
los cuales tienen unas cajas donde se instalan unos elementos verticales que se llaman parales, que
previenen que previenen que las hojas de tapial se abran con el golpeteo del pisón. La parte superior
de los parales se amarra con fique. Una vez se termina con una sección del muro, se desarma la
formaleta y se corre horizontalmente para avanzar con la siguiente sección. (Figura 2.10)
Figura 2.10
Construcción de muro de tapia pisada
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
13
2.5 Vanos de puertas
Por lo general, se encontró en el estudio que hizo la Universidad de los Andes, que los vanos de las
puertas están constituidos por dos o más vigas de madera de 0.20 m x 0.15 m, y se encuentran
empotradas a los muros a 0.40 m en cada lado. También se pueden encontrar vanos en arco a
semiarco, hechos en ladrillo cocido. (Figura 2.11)
Figura 2.11 Vanos de puertas y ventanas
2.6 Entrepisos
En el estudio realizado por la Universidad de los Andes, se encontró que los entrepisos están
soportados por vigas cargueras que van de muro carguero a muro carguero, transmitiéndole la carga
a las vigas corona que están sobre los muros cargueros. Tanto las vigas cargueras como las vigas
corona, están hechas en madera rolliza o en madera de sección rectangular o cuadrada. Para las
vigas corona, hay elementos de unión en las esquinas en madera.
Sobre las vigas cargueras de entrepiso, se ponen tablas de madera y sobre estas el acabado final del
piso que puede ser ladrillo cocido o baldosas de cemento. Cuando este no se quiere dejar a la vista
se usa un cielo raso que está hecho de caña, chusque o guadua y que se descuelga por medio de
unas cuerdas. Se le hecha pañete o yeso para el acabado final. (Figura 2.12)
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
14
Figura 2.12 Entrepiso típico encontrado en el estudio realizado en la
Universidad de los Andes
2.7 Muros en nivel superior
Para los muros cargueros, en el caso de los muros de adobe del segundo piso, estos son
simplemente una continuación de los del primer piso. En el caso de los muros de tapia pisada, estos
se apoyan sobre el entrepiso.
Para los muros divisorios se usa un espesor igual al de un adobe simple, con aparejo sencillo y se
levantan sobre el entrepiso. En ocasiones directamente sobre los muros divisorios del primer piso.
Los muros de segundo piso, muchas veces son en bahareque y no en adobe o tapia pisada. (Figura
2.13)
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
15
Figura 2.13 Muros en nivel superior
2.8 Cubierta
Aunque existe una gran variedad de tipos de cubiertas, una de las más encontradas en el estudio que
hizo la Universidad de los Andes, que es conocida como la de par y nudillo, está conformada por
los siguientes elementos: viga cumbrera que recibe las correas, vigas correa que sostienen el
encañado de techo, elementos diagonales (pares), vigas de madera que atraviesan el vano y
descansan en las soleras (tirantes) y vigas instaladas en las cajas de los tirantes y que reciben las
correas (soleras). Para unir todos estos elementos se usan clavos, amarres y cajas tipo boca de
pescado.
Las vigas de cubierta descansan sobre muros de adobe, denominados cuchillas. Las tejas casi
siempre van sobre una capa de tierra. (Figura 2.14)
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
16
Figura 2.14 Cubiertas típicas encontradas en La Candelaria
En el estudio de la Universidad de los Andes
3. VULNERABILIDAD SÍSMICA DE CONSTRUCCIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA
3.1 GENERALIDADES
En el estudio realizado por la Universidad de los Andes, se explica por qué las construcciones en
adobe y tapia pisada tienen una muy baja resistencia sísmica. En el informe dice que no son capaces
de resistir una serie de acciones impuestas por un sismo, lo que lleva a fallas parciales o totales de
los mismos. Esto genera la pérdida de soporte a la cubierta, ocasionando la pérdida de vida de los
ocupantes. Además de su baja resistencia, este tipo de construcciones se caracterizan por tener una
baja densidad de muros de gran longitud y gran altura, que tienen muy poco o nada de refuerzo, lo
que hace que este tipo de edificaciones sean aún más vulnerables.
Cuando ocurre un sismo, se crean una serie de movimientos en el piso que hacen vibrar la
estructura, generando fuerzas de inercia proporcionales a la masa de los distintos elementos de la
construcción. Dichas fuerzas inerciales son inducidas más que todo en los entrepisos y en los
muros, porque son los elementos de mayor peso. Estos se encargan de transmitir las fuerzas a los
muros principales en la dirección dominante del movimiento del sismo; perpendicular o paralelo al
plano. Las fuerzas perpendiculares al plano son las que mayores daños ocasionan.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
17
Por lo anterior, se puede decir que la falta de un diafragma rígido en este tipo de construcciones es
uno de los principales problemas de estas construcciones. El diafragma transmite las fuerzas
sísmicas inerciales inducidas. Por eso, el simple hecho de tener un diafragma rígido disminuye la
vulnerabilidad sísmica significativamente.
Además del diafragma rígido, también es muy importante que haya una adecuada transmisión de
carga, y esto solo se logra si hay una buena conexión entre el sistema de entrepiso (o techo) y entre
los muros, lo cual es muy importante. Para las construcciones en adobe y tapia pisada, la viga
corona en madera que forma parte del sistema de entrepiso cumple esta función, aunque vale la
pena anotar que no todas las construcciones de este tipo la tienen.
En cuanto a los muros, prácticamente ninguno de los requerimientos sismorresistentes impuestos
por los códigos modernos de diseño y construcción para este tipo de elementos se cumple. No
tienen ningún tipo de amarre o refuerzo interno, no se tiene en cuenta una calidad mínima del
material, no existe reforzamiento en puertas ni ventanas, no hay buena calidad constructiva, no hay
refuerzo en juntas con otros muros. Todo esto aumenta la vulnerabilidad de este tipo de
edificaciones.
Resumiendo lo anteriormente estipulado, son dos las deficiencias que hacen altamente vulnerables a
las edificaciones de adobe y tapia pisada. La primera es la falta de un diafragma rígido en el plano
de los entrepisos y de la cubierta, lo que garantizaría una buena transmisión de cargas horizontales a
los elementos más rígidos. Esto hace que las fuerzas inerciales generadas por el sismo se transmitan
directamente a los muros que sirven de apoyo directo del sistema de entrepiso y cubierta.
La segunda deficiencia, es que la capacidad a flexión de los muros de tierra sin carga
vertical es prácticamente nula. Teniendo en cuenta que en muchos casos los sismos
involucran altas aceleraciones verticales simultáneamente con las horizontales, la capacidad
a flexión se reduce significativamente debido a la aceleración hacia arriba que puede
presentarse, disminuyendo el efecto de las cargas verticales. Además, las cargas dinámicas
reducen la cohesión entre las partículas que conforman los muros de tierra, generando un
agrietamiento en los extremos laterales de los muros, dejando de trabajar así la edificación
como un conjunto. Por lo tanto, cada muro tiene que absorber el sismo de manera
independiente, hasta el punto que se genera tanta inestabilidad que ocurre el colapso total.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
18
Por esto, se debe garantizar la capacidad a la flexión tanto en la dirección del plano del
muro como en la dirección perpendicular al plano del muro.
Además de todas las deficiencias que se mencionaron anteriormente obtenidas del informe del
estudio que hizo la Universidad de los Andes, se han realizado estudios donde se ha demostrado que
el comportamiento sísmico del adobe y la tapia sin reforzar es deficiente. La resistencia a la tensión
del adobe y del mortero de pega es muy baja, la adherencia que se logra en las juntas no es buena y
el amarre de los muros en las esquinas por lo general falla. Por esto en el momento de un sismo, el
efecto de las fuerzas perpendiculares al plano hace que los muros fallen, casi siempre por
volcamiento o por fallas locales debidas al empuje de los elementos del techo. Esto genera a su vez
la pérdida de apoyo de los elementos de cubierta, llevando al colapso total de la vivienda.
La explicación técnica de lo anterior, es que las vibraciones generadas por las fuerzas sísmicas
inducen momentos flectores máximos en las esquinas superiores de los muros, a donde llegan los
muros perpendiculares, generando grietas verticales. Esto ocurre porque los conectores en las
esquinas no transmiten bien las fuerzas a los muros perpendiculares, los que deberían tomar estas
cargas. Entonces el muro empieza a vibrar como un voladizo generando el volcamiento y el
agrietamiento en la base, perdiendo así todo tipo de restricción.
Existen otro tipo de fallas características como el colapso iniciado por la caída de la estructura de
cubierta, o por las fuerzas cortantes generadas alrededor del entrepiso cuando el espesor del muro
del segundo piso es menor al del primer piso.
Cuando se tiene un sistema de entrepiso con diafragma rígido, y la longitud arriostrada del muro no
es muy grande, la falla es por tracción diagonal. Esto puede ocurrir porque el muro no es capaz de
resistir las fuerzas cortantes inducidas en su plano, generándose un agrietamiento en dirección
diagonal al muro. Cuando existen ventanas y puertas este tipo de falla empeora significativamente.
En la Figura 3.1, obtenida del informe del estudio de La Universidad de los Andes, se muestran las
principales deficiencias que se presentan en las construcciones en tierra.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
19
3.2 GRIETAS TÍPICAS EN EDIFICACIONES DE TIERRA ANTE LA OCURRENCIA DE UN SISMO
3.2.1 Falla por fuerza perpendicular al plano del muro
Las figuras 3.1 y 3.2 fueron tomadas del informe “Estudios de vulnerabilidad sísmica y alternativas
de rehabilitación para edificaciones en adobe y tapia pisada” de la Universidad de los Andes.
EDIFICACIONES DE MÁS DE UN PISO
FALTA DE REFUERZO HORIZONTAL
TEJAS PESADAS
BAJA CALIDAD DEL ADOBE POCA MEZCLA DEL BARRO
JUNTA VERTICAL SIN MORTERO
UNIÓN DEFICIENTE EN JUNTAS VERTICALES DE LAS ESQUINAS
APOYOS DEFICIENTES O MUY CORTOS DE LOS
DINTELES
ABERTURAS DE PUERTAS Y VENTANAS MUY GRANDES
ABERTURAS MUY CERCA DE LAS
ESQUINAS
MUROS MUY GRANDES Y MUY LARGOS
CIMENTACIONES DEFICIENTES
Figura 3.1 Deficiencias que presentan las construcciones en tierra
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
20
En el informe se explican las diferentes grietas, y a continuación se hace un resumen de esto.
La grieta G1, que se muestra en la Figura 3.2, se forma en la parte inferior de la culata. La viga
cumbrera que es un tronco de madera, genera empujes a la culata que llevan al desplomo de esta.
La grieta G2, que aparece tanto en la Figura 3.2 como en la 3.3, se forma porque no hay una viga
solera que controle los grandes desplazamientos laterales en la zona central superior del muro y
porque los muros de arriostramiento laterales están muy separados. El resultado de esto es que el
muro termina trabajando como una losa apoyada en tres de sus bordes, y con el borde superior libre.
La ausencia vigas cargueras y de columnas de confinamiento, para absorber la tracción que se
forma cuando se encuentran los muros, genera un desgarramiento vertical entre los muros
perpendiculares, puesto que no hay una buena transferencia de las fuerzas sísmicas. Esto genera la
grieta G3, que se muestra en ambas figuras.
Las grietas G2 y G3 se forman desde arriba hasta abajo, con una abertura mayor en la parte superior
por ser la zona de mayor deformación.
3.2.2 Falla por fuerza cortante coplanar
La Figura 3.4 fue tomada del informe “Estudios de vulnerabilidad sísmica y alternativas de
rehabilitación para edificaciones en adobe y tapia pisada” de la Universidad de los Andes.
Figura 3.2 Grietas en los muros por fuerza perpendicular
al plano
Figura 3.3 Deformaciones del muro por la carga sísmica
transversal
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
21
En el informe se explican las diferentes grietas, y a continuación se hace un resumen de esto.
La falla G4, que se muestra en la Figura 3.4, tiene una forma escalonada a través de las juntas
verticales y horizontales, y se forma por la poca adherencia que hay entre el mortero de barro y el
adobe. Por lo general, este tipo de falla después de haberse presentado las fallas tipo G2 y G3
(Figura 3.4), y puede complementarse con una grieta horizontal (G5, Figura 3.4) en la junta ladrillo-
adobe. Se generan por las fuerzas sísmicas perpendiculares al plano.
3.3 RESUMEN DE TIPOS DE MACANISMOS DE FALLA Y AGRIETAMIENTOS EN EDIFICACIONES EN TIERRA A continuación se resumen los tipos de falla encontrados por la investigación de la Universidad de
los Andes, y se muestran algunos dibujos, tomados del Manual para la rehabilitación, también de la
universidad de los Andes, donde se explica cada uno de estos tipos de falla.
Figura 3.4 Otros tipos de fallas en muros de adobe
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
22
Tipo 1: Falla por flexión perpendicular al plano del muro, con agrietamiento horizontal en la base o
a una altura intermedia. (Figura 3.5)
Figura 3.5
Falla Tipo 1
Tipo 2: Falla por flexión perpendicular al plano del muro, con agrietamiento vertical en la zona
central con respecto a los muros perpendiculares. Figura 3.6.
Figura 3.6 Falla tipo 2
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
23
Tipo 3: Falla por tracción en las esquinas conformadas por muros perpendiculares. Figura 3.7
Figura 3.7 Falla tipo 3
Tipo 4: Falla por cortante en el plano del muro asociada o no a la presencia de aberturas en el muro.
Figura 3.8.
Figura 3.8 Falla tipo 4
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
24
Tipo 5: Falla generada por la caída de la cubierta dentro de la vivienda, por estar mal apoyada sobre
los muros, por su deterioro o por su mal diseño estructural. Figura 3.9.
Figura 3.9 Falla tipo 5
Tipo 6: Puede ocurrir una combinación de 2 o más de los mecanismos anteriores. Figura 3.10.
Figura 3.10 Falla tipo 6
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
25
4. AMENAZA SÍSMICA EN LA CANDELARIA
4.1 GENERALIDADES
En el informe de la Universidad de los Andes, titulado “Estudios de vulnerabilidad sísmica y
alternativas de rehabilitación para edificaciones en adobe y tapia pisada”, se explica cuál es la
posición, tanto geográfica como en términos de riesgo sísmico de Colombia. A continuación se hace
un resumen de esto.
Colombia se encuentra localizada en el Cinturón Circumpacífico, es decir una de las regiones de
mayor sismicidad a nivel mundial. Además, en la esquina nor-occidental de Suramérica chocan tres
placas tectónicas; la Suramérica, la Nazca, y la Cocos. La interacción entre estas placas conforma la
zona de subducción y las fallas interplaca, donde se pueden generar sismos de magnitud intermedia
a alta, dependiendo de las características de cada una de las fallas. Lo grave de esto es que las
principales ciudades del país se encuentran localizadas sobre las trazas de dichas fallas, clasificando
así a la Zona Andina como zona de amenaza sísmica alta con alta posibilidad de terremotos. A
continuación se nombran diferentes lugares donde han ocurrido sismos que demuestran lo
mencionado anteriormente: Honda (1805), el Borde Llanero (1827), Cúcuta (1875), Popayán
(1983), y Armenia (1999).
Un sismo trae graves consecuencias; la pérdida de vidas humanas y enormes pérdidas económicas
que no solo resultan de los daños directos ocasionados por el sismo, sino por la falta de operación
en los días siguientes al evento.
4.2 CÁLCULO DE LA AMENAZA
A continuación se hace un resumen de cómo se calcula la amenaza sísmica según la investigación
que hizo la Universidad de los Andes.
4.2.1 Amenaza sísmica
La amenaza sísmica se cuantifica según los periodos de retorno, con intensidades sísmicas
relevantes en cuanto al comportamiento de las estructuras. La tasa de excedencia de una intensidad
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
26
sísmica es, el número medio de veces por unidad de tiempo, en que el valor de la intensidad sísmica
es excedido. Aunque es posible hacer esto contando las veces que se exceden los valores de
intensidad en el sitio de interés, muchas veces no se tiene la información de sismos pasados, por lo
que se debe calcular de forma indirecta. Para hacer esto, primero se debe evaluar la tasa de
actividad sísmica en las fuentes que generan temblores y luego se deben integrar los efectos que
estos producen en un sitio dado. Lo primero que se debe hacer es investigar la tectónica del
territorio y la sismicidad que las fuentes generan en una región determinada.
4.2.2 Tectónica colombiana
Como ya se mencionó anteriormente, en Colombia se encuentran los límites de tres placas
continentales, creando esfuerzos de compresión, tracción y corte dentro de la región. Las zonas más
activas, sísmicamente hablando, se encuentran localizadas en la región andina, dominada por tres
cordilleras; central (la más antigua), occidental y oriental (la más reciente). En el ambiente de
subducción se han encontrado zonas de Benniof mediante la ubicación de los hipocentros, llevando
a establecer que mientras más al norte estén dichas zonas, estas son más superficiales, y mientras
más al sur estén, son más profundas. Esto indica un cambio de buzamiento de las zonas subducidas.
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
656667686970717273747576777879808182-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
656667686970717273747576777879808182
1
2
5
6
7
8
9
10
1112
13
14
15
16
17 18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Figura 4.1
Distribución de fuentes sísmicas
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
27
Además, existen una serie de fallas geológicas activas, limitadas por la zona de subducción, y por la
falla Frontal de la cordillera oriental. La mayoría de estas fallas tienen dirección Norte – Sur, y las
de mayor importancia son la Frontal y la Romeral. El estudio de amenaza sísmica de Colombia hizo
un análisis con base en la información tectónica y sismológica, para encontrar los parámetros más
relevantes; frecuencia de sismos �, pendiente de regresión β, y magnitudes máximas Mu y mínimas
Mo de cada falla. Para esto se usó una base de datos correspondiente al lapso entre los años 1957 –
1995.
La primer incertidumbre que surge en el proceso de encontrar los parámetros, es la asignación de
eventos a las fuentes. Esto más que todo en la zona andina, pues muchas fuentes se encuentran
superpuestas. El estudio hizo los análisis de regresión, los parámetros de sismicidad para cada
fuente, y propuso valores para 32 fuentes activas en Colombia, mostradas en la figura 4.1, donde se
puede ver una gran concentración en la zona andina, que generan una gran concentración de
epicentros en la zona.
4.2.3 Modelos de la sismicidad local
La tasa de excedencia de las magnitudes ��mide qué tan frecuentemente se generan temblores de
mayor magnitud a una establecida, en una fuente. Empleando un modelo de sismicidad de Poisson,
y en términos de la tasa de excedencia de las magnitudes, se especifica la actividad de la iésima
fuente sísmica. La sismicidad es:
00( )u
u
MM
M M
e eMe e
ββ
β βλ λ−−
− −
−=
−
Donde Mo es la mínima magnitud relevante y �0, βi, y Mu son parámetros que definen la tasa de
excedencia de cada una de las fuentes sísmicas. Estos parámetros se estiman por procedimientos
bayesianos, con información sobre regiones tectónicamente similares a las del país, y con
información experta sobre el valor de Mu.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
28
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5
MagnitudTa
sa d
e ex
cede
ncia
(ve
ces/
año)
Figura 4.2
Tasas de excedencia de fuentes
En la Figura 4.2 se muestran dos tasas de excedencia para zonas sísmicas distintas. Se puede ver
que para una misma tasa constante de excedencia, ambas fuentes generan sismos de diferente
magnitud.
No existe evidencia explícita de la evidencia de brechas sísmicas en Colombia. Por eso se sigue
usando el proceso de ocurrencia de Poisson para todas las fuentes, en la evaluación del peligro
sísmico para Colombia (lo que genera incertidumbre en la subducción de Colombia).
4.2.4 Atenuación de las ondas sísmicas
Una vez hallada la tasa de actividad de cada una de las fuentes sísmicas, se deben evaluar los
efectos, en términos de intensidad sísmica, que cada una de estas genera en un sitio de interés. Para
hacer esto, se necesita saber qué intensidad se presentaría en el sitio de interés, si en la iésima fuente
ocurriera un temblor con magnitud dada. Las leyes de atenuación son las expresiones que
relacionan magnitud, posición relativa fuente-sitio e intensidad sísmica. La posición relativa fuente-
sitio se especifica mediante la distancia entre el foco sísmico y el sitio. Las intensidades sísmicas
relevantes son las ordenadas del espectro de respuesta a, cantidades que son aproximadamente
proporcionales a las fuerzas laterales de inercia que se generan en las estructuras durante sismos.
En Colombia se han usado leyes de atenuación que no representan de forma adecuada la tectónica
del territorio. Se ha tratado de deducir leyes que satisfagan este problema, con el fin de determinar
la aceleración pico. Desafortunadamente estos planteamientos son muy imprecisos y adicionan
nuevas incertidumbres.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
29
En este caso se vana usar leyes de atenuación que dependen de las trayectorias que recorren las
ondas desde la fuente hasta el sitio. Estas leyes tienen en cuenta el hecho de que la atenuación es
diferente para ondas de diferentes frecuencias, por lo que se tienen parámetros de atenuación
diferentes para cada periodo de vibración.
4.2.5 Efectos de la geología local
Para la estimación de la amenaza sísmica, es muy importante el tipo de suelo ya que este tiene un
efecto fundamental sobre la amplitud y la naturaleza de las ondas sísmicas. En Bogotá esto es
particularmente importante, pues las amplificaciones por geología local llegan a ser notables. La
forma de hallar este efecto, consiste en encontrar funciones de transferencia para multiplicarlas por
los espectros fuentes hallados, y asó obtener el espectro fuente representativo para el sitio con sus
respectivos efectos locales.
Una vez hallado este espectro fuente representativo, se encuentran los valores extremos usando la
teoría de vibraciones aleatorias, y se encuentran las leyes de atenuación de las intensidades sísmicas
de interés.
En la Figura 4.3 se ve un ejemplo de la función de transferencia en un sitio de la sabana de Bogotá
donde hay suelo muy blando. Con esta función se pueden hallar las leyes de atenuación del sitio
particular.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
30
0
1
2
3
4
56
78
9
0.01 0.10 1.00 10.00Frecuencia (Hz.)
(Am
plitu
d)
0.05g0.1g0.2g0.4g0.6g
0
50
100
150
200
250
300
350
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Periodo (seg)
Ace
lera
cón
(cm
/s²)
M=5M=6M=7M=8
Figura 4.3
Arriba: función de transferencia suelo blando Abajo: ley de atenuación para distancia epicentral de 30 km
4.2.6 Cálculo de peligro sísmico
Una vez se tiene la sismicidad de las fuentes, los patrones de atenuación de las ondas generados en
cada fuente, y los efectos de la geología local, se calcula el peligro sísmico. Esto se hace con base
en la suma de los efectos de todas las fuentes sísmicas y la distancia entre cada fuente y el sitio
donde está la estructura, mediante la siguiente expresión:
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
31
1
( | , ) Pr( | , )Mun N
n Mo
a Ro p A a M Ro dMM
∂λν∂
=
=
= − >∑ ∫
Donde N es la totalidad de las fuentes Pr(A>a ׀M, Ri) es la probabilidad de que la intensidad
exceda un cierto valor, dadas la magnitud del sismo M, y la distancia entre la pésima fuente y el
sitio Ri. Las funciones λi(M) son las tasas de actividad de las fuentes sísmicas. Se toman en cuenta
todas las magnitudes pues la integral se hace desde Mo hasta Mu. Dadas la magnitud y la distancia
y suponiendo que la intensidad tiene distribución log-normal, la probabilidad se calcula así:
( | , )1Pr( | , ) ln i
Lna
E A M RA a M Ro
aφ
σ⎛ ⎞
> = ⎜ ⎟⎝ ⎠
Donde ϕ(.) es la distribución normal estándar, E(A| M, Ri) es el valor medio del logaritmo de la
intensidad y σLna su correspondiente desviación estándar.
La amenaza sísmica se expresa en términos de la tasa de excedencia de valores de intensidad
sísmica dados. La intensidad sísmica, a, se mide con las ordenadas del espectro de respuesta de
seudoaceleraciones para 5% del amortiguamiento crítico y el periodo normal T, de la edificación de
interés.
Con las leyes de atenuación para osciladores de diferente periodo estructural, se pueden encontrar
espectros de peligro sísmico uniforme para un sitio específico, a partir del valor de aceleración para
la tasa de excedencia establecida al periodo de retorno.
4.2.7 Análisis determinístico y estudio de microzonificación
Son tres cosas las que caracterizan a un sismo: el mecanismo focal, el camino recorrido por las
ondas desde la ruptura a la localidad, y las propiedades geotécnicas locales. A continuación se va a
estudiar un poco más a fondo el tercer punto.
1. Un depósito de suelo tiende a oscilar en sus frecuencias naturales dominantes, que
dependen de la rigidez al corte del suelo y por la geometría del depósito.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
32
2. La rigidez depende de las deformaciones a la que puede llegar el suelo por oscilaciones
causadas por un sismo. A mayor deformación, menor rigidez.
3. La amplitud de las oscilaciones depende de la intensidad de las solicitaciones sísmicas y de
la capacidad de amortiguamiento histerético del suelo.
4. El amortiguamiento histerético depende del nivel de deformaciones angulares del suelo.
Si las frecuencias propias del subsuelo son similares a las dominantes, habrá amplificación. Según
la NSR-98 la aceleración máxima probable en Bogotá, para efecto de diseño de edificaciones en
terreno firme es de 0.2g, lo que corresponde a un periodo de exposición de 50 años, con una
probabilidad del 10% de excedencia, y un cubrimiento del 90% por incertidumbre, lo que resulta en
un sismo con periodo de retorno de 475 años.
Para la zona de la Candelaria, con base en la aceleración máxima probable estimada para el terreno
firme en Bogotá, en la estratigrafía de la zona, y en las propiedades geotécnicas y dinámicas de los
suelos correspondientes al sondeo más cercano, se estimo el tipo de sismo esperado.
Se usaron algunos estudios previos para determinar los acelerogramas para el análisis de la
respuesta dinámica del subsuelo. Con base en estos se concluye lo siguiente:
• Para considerar el efecto de las fuentes cercanas a la ciudad, se usa el sismo de Lomaprieta
de 1989, registrado en Corralitos con una aceleración máxima de 0.25g. Representa el
rompimiento de una falla cercana, con una duración de más o menos 40 segundos.
• Para entender la respuesta dinámica del suelo ante una señal regional o frontal, se tomó el
sismo de Tauramena registrado en la estación del Rosal, y a partir de este se hizo un
acelerograma sintético que representa el rompimiento de una parte del sistema Falla
Frontal. Tiene un nivel de aceleración máxima de 0.20g, con una duración aproximada de
57 segundos.
• Para considerar el efecto de un sismo de alta magnitud, lejano, que llegue con una amplitud
baja y una frecuencia baja, se considera el acelerograma registrado en la UNAM, con una
aceleración máxima de 0.038g. Este sismo representa uno generado en la zona de
subducción por un sismo de magnitud mayor a 7.0, con una duración de 114 segundos.
De esta manera se hace un modelo unidimensional que sirve como base para determinar la
respuesta dinámica en el sitio.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
33
4.2.8 Espectros de respuesta
Con base en lo anterior se establecen 4 tipos de espectros de respuesta para el sondeo más cercano a
la zona de La Candelaria. En la figura 4.4 se muestra el espectro de peligro uniforme para este
sondeo, y se compara con los tres espectros de respuesta que se hallaron a partir de los
acelerogramas del estudio de Bogotá. También se encuentra el espectro de respuesta para esta zona,
sacado del estudio de Microzonificación.
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Periodo (seg)
Acele
ració
n (g
)
CercanoRegionalLejanoEspectro MicrozonificaciónEspectro de Peligro Uniforme (475 años)
Figura 4.4
Comparación de los diferentes espectros y el de la microzonificación de Bogotá
Lo que esto confirma, es que la zona de la Candelaria está sometida a una amenaza sísmica de
consideración, especialmente por el tipo de suelo que hay en la zona, que producen aceleraciones
máximas de 0.3g y aceleraciones espectrales para edificaciones de un periodo fundamental de
vibración menos de 1 seg, del orden de 0.75g.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
34
5. ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA
Una vez entendido el problema globalmente, la Universidad de los Andes propone una serie de
alternativas para rehabilitar este tipo de construcciones, de una forma viable. Esto se resume a
continuación.
5.1 GENERALIDADES
Es muy importante definir diferentes alternativas de rehabilitación para las edificaciones de adobe y
tapia pisada que se encuentran en la zona de La Candelaria en Bogotá, debido a la alta amenaza
sísmica a la que están sometidas, y a su gran importancia por ser patrimonio histórico de Bogotá,
una de las primeras ciudades colombianas y la capital del país. Dichas alternativas deben tener
varios aspectos en consideración, pues no es suficiente tener en cuenta solo los aspectos técnicos
relacionados con el comportamiento del material y de este tipo constructivo. También se deben
considerar las condiciones socioeconómicas del sector, y la importancia cultural de las
edificaciones. Por eso, la idea de la rehabilitación es conservar al máximo la arquitectura original,
usando materiales similares sin cambiar el aspecto general.
La idea de la rehabilitación es disminuir el riesgo sísmico al que están sometidas estas
edificaciones. Lo ideal es evitar que la edificación colapse durante el sismo o si no, por lo menos
retardar este colapso para permitir la salida de los ocupantes y así evitar la pérdida de vidas
humanas. Vale la pena aclarar que las alternativas que acá se presentan no se centran en proteger la
edificación ni en disminuir sus daños, pues esto requeriría mayores niveles de intervención.
Además, las medidas de rehabilitación propuestas están dirigidas a la rehabilitación de viviendas
existentes y no a la construcción de nuevas viviendas, pues la construcción de viviendas
sismorresistentes con este tipo de materiales no está permitida en Colombia.
Son dos las deficiencias que hacen altamente vulnerables a las edificaciones de adobe y tapia
pisada. La primera es la falta de un diafragma rígido en el plano de los entrepisos y de la cubierta, lo
que garantizaría una buena transmisión de cargas horizontales a los elementos más rígidos. Esto
hace que las fuerzas inerciales generadas por el sismo se transmitan directamente a los muros que
sirven de apoyo directo del sistema de entrepiso y cubierta.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
35
La segunda deficiencia, es que la capacidad a flexión de los muros de tierra sin carga vertical es
prácticamente nula. Teniendo en cuenta que en muchos casos los sismos involucran altas
aceleraciones verticales simultáneamente con las horizontales, la capacidad a flexión se reduce
significativamente debido a la aceleración hacia arriba que puede presentarse, disminuyendo el
efecto de las cargas verticales. Además, las cargas dinámicas reducen la cohesión entre las
partículas que conforman los muros de tierra, generando un agrietamiento en los extremos laterales
de los muros, dejando de trabajar así la edificación como un conjunto. Por lo tanto, cada muro tiene
que absorber el sismo de manera independiente, hasta el punto que se genera tanta inestabilidad que
ocurre el colapso total. Por esto, se debe garantizar la capacidad a la flexión tanto en la dirección del
plano del muro como en la dirección perpendicular al plano del muro.
A continuación se proponen las medidas de rehabilitación, teniendo en cuenta lo anterior:
• Disminuir la masa de las edificaciones, por ejemplo usando tejas más livianas en la
cubierta. Lo mismo para el sistema de entrepiso.
• Tratar de proporcionar un diafragma rígido con adecuadas conexiones y contactos a los
muros perimetrales.
• Darla capacidad a la flexión a los muros tanto en el plano como perpendicular al plano,
garantizando una cantidad mínima de muros en las dos direcciones principales de la
edificación.
La primera de las alternativas implica una mayor intervención, razón por la que no se va a
considerar en este estudio.
5.2 DIAFRAGMAS RÍGIDOS
Primero que todo, se debe tener en cuenta que cualquier aumento en la masa o en las cargas
verticales actuantes, va a generar una mayor fuerza sísmica inercial, lo que a puede implicar que la
medida de rehabilitación genere efectos negativos. Además, se debe tener en cuenta que lo más
importante es que haya una adecuada unión entre el diafragma y los muros perimetrales. A
continuación se muestran algunas alternativas que generan un diafragma rígido.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
36
5.2.1 Plaqueta de concreto
Si el sistema de entrepiso es resistente o cuando se pueden reemplazar parte de los acabados por
nuevos materiales, se puede usar como diafragma una plaqueta de concreto reforzado. Esta iría
apoyada sobre los elementos principales de entrepiso que son las vigas cargueras, por lo general de
madera. Se debe garantizar una buena conexión entre la plaqueta de concreto y las vigas cargueras
al igual que con los muros perimetrales.
La plaqueta de concreto debe ser mínimo de 5 cm de espesor con una malla de refuerzo en ambas
direcciones, de 5 mm cada 15 cm. Se deben incluir conectores conformados por varillas de refuerzo
No. 2 por lo menos cada 40 cm, a lo largo de las vigas principales de apoyo. Se le deben abrir
regatas a los muros, para que así la plaqueta quede embebida en el muro, y debe existir por lo
menos un refuerzo longitudinal en la zona de la regata. La regata debe ser de un tercio el espesor
total del muro de apoyo. Figura 5.1, tomada del Manual para la rehabilitación de viviendas
construidas en adobe y tapia pisada, de la Universidad de los Andes.
Figura 5.1 Plaqueta de concreto
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
37
5.2.2 Entablado complementario
Si no existe ningún tipo de entablado, se debe colocar uno en las dos direcciones principales de la
losa de entrepiso; si ya existe uno, y se encuentra en buen estado, se debe colocar un entablado en la
dirección perpendicular. Este debe ir bien conectado a los elementos de soporte con puntillas
espaciadas mínimo cada 20 cm, que a su vez deben ir en los elementos de soporte. El nuevo
entablado se debe conectar a los elementos perimetrales de madera o vigas corona existentes,
sobretodo a las que van en dirección paralela a los elementos de entrepiso existentes. Si no existe tal
elemento de borde de madera, se debe hacer una regata en la base de los muros y embeber ahí un
elemento de madera de dimensiones mínimas de 10 cm de altura por un tercio del espesor del muro.
Para empotrar este elemento en el muro se debe usar mortero de pega tipo S. Debe prolongarse
hasta las esquinas del muro, donde se anclará el elemento de borde a los elementos de madera
existentes, o se conformará un nuevo elemento de madera transversal, para que haya una unión
efectiva con los muros.
La madera usada debe ser mínimo de la clase B, y no debe tener ningún defecto, fisura,
agrietamiento, acción de insectos, o cualquier otro defecto que pueda afectar la función estructural.
Figura 5.2, tomada del Manual.
Figura 5.2 Entablado complementario
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
38
5.2.3 Diagonalización
Cuando sea posible, se puede tomar la alternativa de diagonalizar cada unos de los vanos en estudio
mediante perfiles metálicos livianos, que en lo posible se deben anclar a la parte externa del
entrepiso. El perfil debe tener un ángulo mínimo de 3” x 3” x ¼”. Estas diagonales se deben
complementar con elementos perimetrales debidamente adosados a los muros.
5.3 REFORZAMIENTO DE MUROS
5.3.1 Alternativas de reforzamiento
La idea de reforzar los muros es proporcionarles resistencia a la flexión para acciones en el plano y
fuera del plano. Esto debe ser complementario a la generación del mecanismo de diafragma rígido.
Las alternativas de reforzamiento más usadas son las siguientes:
• Poner una malla de acero a ambos lados del muro, con un refuerzo adicional de acero en
los sitios donde se concentran los esfuerzos de corte y los de flexión, como son las
esquinas, los sitios donde hay contacto entre muros, los alrededores de aberturas como
puertas y ventanas y en las zonas centrales superiores para el caso de muros largos. Las
mallas deben conectarse mediante un anclaje conformado por varillas que tengan un
diámetro de 8 mm. La malla también debe ir unida al muro con tapas de gaseosa. La malla
debe estar cubierta con mortero a base de cal y arena en una proporción 1:2. (Figura 5.3).
Figura 5.3 Malla de refuerzo
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
39
• Refuerzos de madera, verticales y horizontales para así aumentar la resistencia a flexión y
mantener la unidad de la estructura. Estos elementos de madera se deben colocar en ambas
caras del muro; la interna y la externa. Los elementos horizontales se deben unir mediante
platinas de hacer. La idea no es rigidizar el muro sino hacer que este trabaje como una
sección compuesta de tierra y madera. La compatibilidad de deformaciones entre los dos
materiales se garantiza usando pernos y puntillas clavadas sobre las tablas del
reforzamiento. (Figura 5.4)
Figura 5.4 Refuerzo de madera
• Cuando no existen vigas corona, se recomienda colocar una sobre los muros y a lo largo de
todo el perímetro de la casa. Esta puede ser de madera o de concreto. Si se va hacer de
concreto, se recomiendo un elemento de borde en las inmediaciones de las esquinas de los
muros para disminuir los efectos de contracción de fraguado. Esta alternativa va
acompañada de elementos de confinamiento verticales embebidos en el muro. Esta
alternativa puede traer algunas complicaciones constructivas y puede afectar
negativamente los muros. (Figura 5.5)
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
40
Figura 5.5 Viga corona
• Colocación de barras de acero horizontales y verticales o cables que puedan ser
postensionados para generar una precompresión en los muros tanto en la dirección vertical
como en la horizontal. Con esto se pretende mejorar el comportamiento del muro y del
conjunto de muros. Se deben colocar por ambas caras de los muros, tanto en sentido
vertical como horizontal. Los que están en sentido horizontal controlan la perfección
perpendicular al plano del muro y controlan la posibilidad de fisura en las esquinas del
muro por corte.
5.3.2 Reforzamiento con malla y mortero de cal
Consiste en poner una malla electro – soldada por franjas horizontales y verticales, las cuales
simulan columnas y vigas de confinamiento, en las zonas más críticas de la edificación. La
malla se une al muro con clavos y tapas de gaseosa cada 30 cm, se pone en ambas caras de
este, conectándose entre si con conectores cada 50 cm, compuestos de alambre de 8mm. Estos
conectores de ponen en unos orificios hechos previamente, que luego son tapados con mortero
de cal y arena en proporción 1:2. Luego, la malla se recubre con este mismo tipo de mortero,
con el fin de evitar la pérdida de rigidez lateral.
Este es un método que se ha usado en varios países como Perú y México. Se hicieron algunas
casas a escala con este tipo de refuerzo para estimar su efecto sobre este tipo de edificaciones.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
41
A continuación se muestran algunos detalles constructivos (Figura 5.6), y el proceso
constructivo del refuerzo con malla. (Figuras 5.7 – 5.11)
Figura 5.6
Detalle de instalación de malla en las esquinas
Figura 5.7 Figura 5.8 Abrir orificio y rellenarlo con Instalación tablas de ajuste mortero de cal y arena
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
42
Figura 5.9 Figura 5.10 Instalación del refuerzo horizontal Asegurar el alambre conector a
La tabla de ajuste
Figura 5.11
Aplicación del pañete de cal y arena
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
43
5.3.3 Reforzamiento con elementos de confinamiento en madera
En el informe de la Universidad de los Andes, explican el reforzamiento con elementos de
confinamiento en madera de la siguiente manera: consiste en instalar elementos de madera en el
plano del muro, por ambas caras pero interconectándose entre si, mediante pernos que van dentro de
un orificio previamente perforado. Dicho orificio debe rellenarse con mortero. La ubicación y las
dimensiones del elemento varían según el muro, aunque se deben tener en cuenta los siguientes
valores mínimos: para los elementos de madera la dimensión mínima es 15 cm. x 2 cm., y se deben
instalar en sentido vertical y en sentido horizontal. Las regatas se deben abrir del tamaño de las
dimensiones de la madera, y debe usarse mínimo una madera clase C. Los elementos horizontales
se deben colocar cerca de la base de los muros y cerca de la losa de entrepiso, y su distancia vertical
no debe superar los 2.0 m. Además deben colocarse elementos de confinamiento en el sentido
vertical, cerca de las uniones o intersecciones con otros muros perpendiculares, a distancias
horizontales de máximo 3.0 m.
Los elementos verticales y horizontales se deben interconectar entre sí por medio de pernos
pasantes de ¼ de pulgada, puestos en el centro del punto de intersección. Los elementos
horizontales que se intersectan, tanto en la cara interna como en la externa, deben conectarse
mediante conectores metálicos tipo platina de 1/4, conformando la forma de la esquina. La platina
debe estar anclada al muro y a los elementos de madera con pernos pasante de ¼ de pulgada.
Todos los elementos de madera confinantes deben estar anclados al muro mediante pernos pasantes
de ¼ de pulgada cada 50 cm., cuyo orificio debe sellarse con mortero tipo S. Todas la maderas
usadas en el reforzamiento deben ser atravesadas con puntillas cada 15 cm., para tener una
superficie de contacto rugoso con los muros de tierra, para garantizar la compatibilidad de
deformaciones.
En las aberturas del muro, tales como puertas y ventanas se deben colocar elementos de madera en
dirección vertical, lo más cercano que sea posible a lado y lado del hueco. Estos elementos deben
prolongarse hasta la losa de entrepiso superior e inferior.
Para muros de tapia pisada, adicionalmente se deben llenar los agujeros con mortero a base de cal y
arena. Se deben clavar cuñas de madera sobre el mortero para garantizar una adecuada adherencia.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
44
A continuación se muestra el proceso para este tipo de rehabilitación. (Figuras 5.12 – 5.15)
Figura 5.12 Proceso constructivo: abrir regatas en los muros
Figura 5.13
Proceso constructivo: abrir agujeros y colocar pernos
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
45
Figura 5.14
Proceso constructivo: colocar tablas de refuerzo
Figura 5.15
Proceso constructivo: ajustar pernos, clavar puntillas y colocar platinas
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
46
6. ENSAYOS DE LABORATORIO E INTERPRETACIÓN DEL COMPORTAMIENTO
EXPERIMENTAL
6.1 GENERALIDADES
Con el fin de verificar el comportamiento de las edificaciones en adobe y tapia pisada, y estudiar las
diferentes alternativas de rehabilitación desde el punto de vista experimental, se hicieron ensayos de
laboratorio sobre especimenes de diferentes dimensiones y configuraciones. Primero, se estudiaron
las propiedades de los materiales usados en la construcción de este tipo de viviendas. Luego se
estudiaron especimenes sometidos a esfuerzos de compresión, flexión y compresión diagonal, para
establecer parámetros característicos del comportamiento del adobe y la tapia pisada y de elementos
básicos. Después se ensayaron muros de tamaños real sometiéndolos a cargas en dirección
perpendicular y paralela al plano. Con base en los resultados de estos ensayos se construyeron casas
a escala, que también fueron ensayadas para entender de una mejor manera el comportamiento real
de este tipo de construcciones. Las casas a escala se sometieron a ensayos dinámicos en mesa
vibratoria y a ensayos de deformación cíclica controlada en la cubierta.
Tanto para los muros como para las casas a escala, se hicieron ensayos para estudiar empíricamente
el comportamiento de las dos alternativas de rehabilitación propuestas en el capítulo anterior. En
este capítulo se muestran los resultados de los ensayos que se hicieron y se les hace una
interpretación, con la que se sacan las conclusiones más importantes del estudio. Aunque estas
conclusiones en muchas ocasiones surgen de los ensayos, en otras se recurrió a modelos analíticos
para complementar dichas conclusiones.
Todos los materiales usados para la elaboración de las probetas y de los especimenes de ensayo
fueron hechos con los materiales y procesos típicos constructivos encontrados en la zona de La
Candelaria en Bogotá. La tierra y los adobes fueron transportados en volqueta desde la zona. Todos
los ensayos se hicieron en el Centro de Innovación y desarrollo tecnológico CITEC de la
Universidad de los Andes, ubicado en la Cra. 65 B # 17 A – 11 de Bogotá.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
47
6.2 CARACTERIZACIÓN DE PROPIEDADES DE MATERIALES
Por tratarse de una investigación en edificaciones en tierra ya construidas, los modelos de ensayo se
hicieron con la técnica empleada para elaborar los adobes, el mortero de pega, y para levantar los
muros similar a la de hace 300 años. De igual forma se trataron de usar los materiales más similares
a los usados en la realidad.
Para los modelos de adobe, se usaron adobes de las ruinas de la antigua Clínica Santa Lucía en el
barrio Santa Bárbara, dentro del sector de La Candelaria. Para el mortero de pega se consiguió el
material que reuniera las características para hacer uno nuevo. Para los modelos de tapia no se contó
con la misma suerte de los adobes, por lo que se debió recurrir a zonas de extracción de material
con características similares a las de la tapia pisada de las edificaciones visitadas.
Se debió hacer una recopilación de muestras de material como adobe, mortero de pega, tapia pisada,
suelo de las edificaciones de estudio y de los sitios de extracción de material, para elaborar los
modelos de tapia y para fabricar el nuevo mortero de pega para los modelos de adobe. A cada
muestra se le realizó análisis granulométrico, límites de Atterberg, gravedad específica y Harvard
miniatura.
Se hicieron comparaciones entre las características de la tierra empleada en la fabricación de los
adobes y de las tapias, y la tierra en los sitios de estudio. Así se pudo determinar los sitios de
extracción, para construir los modelos con las mismas características de los estudiados.
Los suelos están formados principalmente por la mezcla de diferentes proporciones de gravas,
arena, limos y arcillas. Una característica muy importante de este tipo de suelos es la estabilidad
ante cambios de humedad. A continuación se muestran las características constructivas de cada uno
de los elementos que constituyen el suelo.
• Suelos granulares: Se pueden usar en construcción si sus partículas no son muy grandes, y
si contienen la cantidad de arcilla suficiente para mantener unidas dichas partículas.
• Arenas: Si poseen una buena cantidad de arcilla son el mejor suelo para construir. Aunque
no tienen cohesión, tienen una fuerte fricción interna que genera una alta resistencia
mecánica de rozamiento.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
48
• Limos: Se puede construir con este tipo de suelos cuando están húmedos y se les aplica
compresión, pero con el agua se esponjan. No es seguro construir con ellos.
• Arcillas: Son muy inestables en presencia de agua. Su volumen aumenta en presencia de
agua y se contrae en épocas de sequía creando grietas por las que luego se puede infiltrar el
agua.
De los estudios que se le hicieron a los materiales para mortero y para la construcción de adobes y
taptas se pudo concluir que presentan una baja plasticidad, y una cohesión media. Gran parte de los
materiales con los que se construyó edificaciones en el barrio La Candelaria, presentan un alto
contenido de finos, lo que disminuye la resistencia del material y lo hace más susceptible a la
humedad, generando grietas.
A continuación (Tabla 6.1), se muestran los resultados más importantes obtenidos de los ensayos de
caracterización. En esta se encuentran algunas propiedades de los materiales tales como límites
líquido y plástico, índice plástico y límite de contracción, entre otros.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
49
Gs LL %
LP %
IP % Clasificación
Pasa Tamiz
200
Pasa Tamiz
50
Pasa Tamiz
4
Densidad seca
máxima
Contenido humedad optimo
Limite de contracción
Relación de Contracción
Suelo casa Venados 2.72 22.9 12.5 10.3 CL 44.67 59.54 73.46 1.88 13.8 2.65 9.82
1.91 1.89
Suelo casa Fernández 2.61 22.2 14.6 7.6 CL 35.95 55.56 79.05 1.81 15.9 3.11 5.43
2.03 1.69
Suelo Clínica Sta Bárbara 2.59 45.6 27.9 17.7 ML 87.52 83.92
89.39 95.56
100 99.79
1.58 21.5 9.63 12.95
1.95 1.68
Suelo de archivo 2.64 32.3 11.1 21.2 CL 7.02 1.77 Mortero casa Venados 2.64 29.1 13.6 15.4 CL 70.68 82.5 94.04 1.69 18.5 5.11 1.74 Mortero casa Fernández 2.68 29.7 13.8 15.9 CL 76.52 86.77 94.39 1.66 20.5 5.85 1.84 Mortero Clínica Sta Bárbara 2.58 33.8 12.7 21.1 CL 82.01 93.74 99.17 1.74 11 7.84 1.73 Adobe casa Venados 2.71 33 11.1 21.9 CL 98.54 99.68 100 1.83 13 Adobe casa Fernández 2.61 30.2 12.7 17.5 CL 94.57
81.59 96.44 91.7
99.7 100
1.88 11
Adobe Clínica Sta Bárbara 32.3 11.1 21.2 CL 1.96 11.69 Tapia casa venados CL 64.98 76.3 86.4 Tapa casa Fernández CL 41.32 47.84 55.31 Tapia Clínica Sta Bárbara 2.50 32.2 21.1 11.1 CL 77.91
71.82 85.68 81.84
91.35 87.8
1.71 18.5 10.93 1.56
Tapia Cajamarca CL 75.54 91.43
Tabla 6.1 Caracterización de propiedades de los materiales
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
50
6.2.1 Construcción en adobe
Usando los procesos constructivos descritos en el capítulo 2 del presente informe, y un mortero de
pega para los muros de adobe, de tierra y agua, se hicieron los especimenes para los ensayos. Las
probetas de adobe se hicieron con piezas de adobe con dimensiones de 28 cm. x 14 cm. x 7 cm.,
recuperadas de la Antigua Clínica Santa Lucía, ubicada en sector de La Candelaria en Bogotá. El
mortero de pega se hizo con tierra extraída del mismo sitio de ubicación de la vivienda. Como los
adobes recuperados de la clínica estuvieron bastante tiempo a la intemperie fue necesario aplicarles
un proceso de secado, en un sitio donde el contacto del sol no fuese directo y la ventilación fuese la
apropiada.
De la zona de extracción se llevó el material para hacer el mortero de pega, y se debió retirar las
moronas, material orgánico y se debió tamizar para dejar el material más fino. A este se le fue
adicionando agua paulatinamente hasta alcanzar la resistencia deseada y se iba amasando por
pisado. Luego se dejó en reposo un día, para adicionarle más agua hasta obtener una mezcla fluida.
Este proceso se repitió dos veces al día durante 4 días. La proporción de tierra y agua fue de 2
carretadas de material por 12 baldes de agua adicionados de a 4 por día. Para las probetas que se
utilizó mortero de pega con cal, la proporción de cal adicionada correspondió al 7%.
Para la elaboración de muros de adobe, en las visitas de inspección se identificaron algunas
tipologías para su elaboración. En general, los tipos de aparejo encontrados para los muros
cargueros fueron: aparejo de un adobe en tizón y uno en soga, aparejo de tres adobes en tizón y dos
medios en soga, aparejo de una hilada compuesta por un adobe en tizón y la siguiente de dos adobes
en soga. Para los muros no cargueros los aparejos más encontrados fueron dos adobes en tizón y
adobes en soga.
Para los ensayos de tracción diagonal se siguió el aparejo de una hilada compuesta por un adobe en
tizón y la siguiente de dos adobes en soga. Los muros estructurales y los modelos a escala 1:5 se
construyeron usando el aparejo de un adobe en tizón y uno en soga. Cada probeta se levantó por
tirajes de 4 hiladas, para permitir la correcta reacción hidráulica del mortero de pega y la
consolidación del material.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
51
6.2.2 Construcciones en tapia pisada
Lo primeo que se hizo para construir este tipo de especimenes fue conseguir los materiales con las
características y propiedades típicas. Para esto se debió hacer un análisis de suelos de las muestras
de tapia de La candelaria y de Cajamarca y compararlas con las pruebas realizadas sobre el material
del sitio. Esto permitió concluir que las edificaciones se hicieron con tierra del sitio, diferente al
caso de los adobes. El equipo usado para construir las probetas de tapia sigue las características de
los tapiales de hace 3 siglos.
Se usaron dos hojas de tapial de 2 m de largo y 1.10 de alto, conformada cada una por una
seguidilla de 10 tablas de madera dispuestas en sentido vertical de 20 cm. de ancho, 110 cm. de alto,
y 2.5 cm. de espesor, unidas por un listón de madera de 10 cm. x 10 cm. Las hojas de tapial están
sobre 3 mechinales de sección 12 cm. x 12 cm. Los espigos de los parales se enclaustran por medio
de orificios en los extremos de los mechinales.
El pisón usado para la compactación fue hecho con madera de zapán y con dimensiones 1.5 m de
alto, plano en la zona de impacto de 1.5 cm. x 25 cm. La cuadrilla de trabajo está constituida por 3
maestros: el pisón, el contrapisón, y el turronero.
Una vez el material está en el sitio se le elimina las partículas de gran tamaño y la materia orgánica.
Al momento de compactar se hicieron extracciones para saber la humedad a la que se compactó la
probeta. Las probetas se levantaron por capas de compactación de aproximadamente 10 cm.
Las probetas de tracción diagonal se construyeron con dos tipos de material, tierra de la Candelaria
y tierra de Cajamarca. Para cada tipo de material se construyeron dos probetas; maciza y con junta
horizontal.
Los muros para pruebas estructurales de carga paralela al plano se construyeron siguiendo el
proceso descrito en este informe, armando las probetas de 2.5 m de largo por 2.0 m de alto por
secciones de tapia de 1.7 m de alto intercaladas a manera de trabe por ladrillos de grandes
proporciones. Una vez compactada la hilada inferior se dejo secar al menos una semana antes de
compactar sobre ella la hilada siguiente. Se construyeron muros de prueba con tierra de La
Candelaria y junta horizontal en adobe y muros con tierra del Eje Cafetero con junta horizontal en
esterilla de guadua.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
52
Las probetas para ensayos de carga perpendicular al plano se construyeron siguiendo los mismos
criterios de la carga paralela, con mochetas de muro más ancho en sentido perpendicular, generando
esquinas y modelando el efecto de muros de restricción transversales.
Se cubrieron los especimenes para evitar su contacto con el agua en caso de lluvia.
6.3 ENSAYOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE PROPIEDADES BÁSICAS PARA EL
ADOBE Y LA TAPIA
Se hizo una caracterización para los materiales usados en este tipo de construcciones, en relación al
peso y a la resistencia, ante diferentes solicitaciones de esfuerzos. En la Tabla 6.2, se muestran los
ensayos que se hicieron y la norma que se usó para dicho ensayo.
DESCRIPCIÓN DEL ENSAYO NORMA - Densidad ASTM C 642 –97 - Resistencia a la compresión y a la flexión de
piezas individuales NTC 4017
- Resistencia a la compresión de muretes NTC 3495 - Comportamiento esfuerzo deformación a la
compresión de muretes NTC 3495
- Resistencia a la flexión en dirección perpendicular a las juntas horizontales
NTC 4109
- Resistencia a la flexión en dirección perpendicular a las juntas verticales
NTC 4109
- Resistencia a la tracción diagonal - Resistencia a la compresión y a la tensión de
morteros de cal NTC 220
Tabla 6.2 Ensayos básicos de caracterización de propiedades de materiales
6.3.1 Densidad
Se le hizo ensayos de densidad a piezas de adobe y a elementos de tapia pisada de diferentes
tamaños. En la Tabla 6.3 se muestran los valores promedio encontrados.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
53
ELEMENTO NUMERO DE MUESTRAS
DENSIDAD PROMEDIO (Ton/m3)
Piezas individuales de adobe 10 1.87 Muretes de adobe 5 1.78
Muretes de Tapia Pisada 5 1.92
Tabla 6.3 Valores promedio de densidades
Para efectos de los análisis que siguen, se recomiendo usar valores para la densidad de 2.0 ton/Mª
para ambos sistemas constructivos.
6.3.2 Ensayos de compresión de piezas de adobe
Los ensayos para determinar la resistencia máxima a la compresión de las piezas de adobe, se
hicieron sobre probetas extraídas de una edificación de 200 años de antigüedad. Dichas probetas
tenían dimensiones de 28 cm. x 14 cm. x 7 cm., con variaciones de hasta 2 cm.
En estos ensayos el valor promedio encontrado fue de 30 kg/cm², con una desviación estándar de
8.6 kg/cm². A continuación se muestran los resultados obtenidos de los ensayos sobre las piezas de
adobe.
ENSAYO No RESISTENCIA MÁXIMA (kg/cm²)
Ensayo 1 38 Ensayo 2 37 Ensayo 3 18 Ensayo 4 30 Ensayo 5 27 Ensayo 6 26 Ensayo 7 19 Ensayo 8 14 Ensayo 9 37 Ensayo 10 36 Ensayo 11 42 Ensayo 12 31 Ensayo 13 30 Promedio 30
Desviación 8.6 Tabla 6.4
Resisitencia máxima a la compresión de piezas de adobe
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
54
6.3.3 Ensayos de flexión de piezas de adobe
Los ensayos a flexión para las piezas de adobe también se hicieron sobre las piezas recuperadas de
la iglesia de hace 200 años. A continuación se muestran los resultados de dichos ensayos.
ENSAYO No CARGA MÁXIMA
APLICADA (kg)
RESISTENCIA MÁXIMA FLEXIÓN (kg/cm²)
Ensayo 1 154 5.0 Ensayo 2 161 6.0 Ensayo 3 120 5.0 Promedio 5.3
Desviación 0.6
Tabla 6.5 Resistencia máxima a la flexión de piezas de adobe
6.3.4 Ensayos de compresión sobre muretes de adobe y tapia pisada
Se construyeron muretes en adobe y tapia pisada y se sometieron a ensayos de compresión pura,
con el fin de caracterizar el comportamiento esfuerzo-deformación para este tipo de materiales. Las
dimensiones típicas de los muretes de adobe fueron de 30 cm. x 14 cm. x 32 cm., y de los muretes
de tapia fueron de 50 cm. x 25 cm. x 50 cm. En las dos tablas a continuación se muestran los
resultados de dichos ensayos, en términos de la resistencia máxima a la compresión y del módulo
elástico. Luego se muestran las curvas típicas esfuerzo-deformación de los muretes ensayados.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
55
ENSAYO NO MATERIAL ESFUERZO MÁXIMO (kg/cm2)
MÓDULO ELÁSTICO
(kg/cm2) Ensayo 1 Adobe – Mortero Cal 15.2 1196.0 Ensayo 2 Adobe – Mortero Cal 13.2 1278.0 Ensayo 3 Adobe – Mortero Cal 10.3 1125.0 Ensayo 4 Adobe – Mortero Cal 13.8 1228.0 Ensayo 5 Adobe – Mortero Cal 15.2 1413.0 Ensayo 6 Adobe – Mortero Cal 11.4 1237.0 Ensayo 7 Adobe – Mortero Cal 12.0 1062.0 Ensayo 8 Adobe – Mortero Cal 10.8 1302.0 Ensayo 9 Adobe – Mortero Cal 9.8 839.0
Ensayo 10 Adobe – Mortero Tierra 11.8 894.0 Ensayo 11 Adobe – Mortero Tierra 10.3 1302.0 Promedio 12.2 1170.5
Desviación 1.9 177.1
Tabla 6.6 Resultados de ensayos a compresión de muretes de adobe
ENSAYO NO MATERIAL ESFUERZO MÁXIMO (kg/cm2)
MÓDULO ELÁSTICO
(kg/cm2) Ensayo 1 Tapia 4.2 1221.1 Ensayo 2 Tapia 2.3 809.4 Promedio 3.3 1015.1
Desviación 1.3 291.3
Tabla 6.7 Resultados de ensayos a compresión de muretes de tapia pisada
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
56
0
250
500
750
1000
1250
1500
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00Deformación Unitaria (%)
Esf
uerz
o (k
Pa)
E = 127824 kPa
Figura 6.1
Curva típica esfuerzo-deformación para los muretes de adobe
0
250
500
750
1000
1250
1500
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00Deformación Unitaria (%)
Esfu
erzo
(kPa
)
E = 122146 kPa
Figura 6.2
Curva típica esfuerzo-deformación para los muretes de tapia pisada
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
57
De estos resultados se concluye lo siguiente:
• De los muretes ensayados en el laboratorio, los muretes de adobe tienen una mayor
resistencia.
• Los muretes de adobe alcanzan deformaciones unitarias antes de la falla, muy superiores a
las encontradas en los muretes de tapia.
• Los muretes de adobe tienen una mayor capacidad a la deformación que los muretes de
tapia.
• Los módulos de elasticidad son similares para los dos tipos de especimenes. Para los de
adobe, este varía entre 850 y 1400 kg/cm², para los de tapia, este varía entre 800 y 1250
kg/cm².
A continuación, en la Figura 6.3 se muestra un ensayo de compresión en adobe. En la figura 6.4, se
muestra el mismo ensayo pero par ala tapia pisada.
Figura 6.3 Ensayo de compresión en adobe
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
58
Figura 6.4 Ensayo de compresión en tapia pisada
6.3.5 Ensayos de flexión de muretes
Para determinar la resistencia a la flexión del adobe y la tapia pisada, se hicieron ensayos con
esfuerzos de flexión perpendiculares a las juntas verticales, y con esfuerzos de flexión
perpendiculares a las juntas horizontales.
Para los elementos de adobe, los ensayos a flexión se hicieron sin ningún tipo de sobrecarga, solo
con la aplicación de su peso propio, lo que indica que la resistencia a flexión de los elementos de
adobe es nula. Los muros de adobe ante la aplicación de cargas que generan momentos
perpendiculares al plano, no presentan ninguna resistencia.
Respecto a los elementos de tapia pisada, se encontró una resistencia a la tensión cercana a 0.2
kg/cm². Aunque su resistencia sí es mayor a la de los elementos de adobe, este valor sigue siendo
muy bajo. En la figura 6.5 se muestra el ensayo a flexión en muros de adobe.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
59
Figura 6.5 Ensayo de flexión en muros de adobe
6.3.6 Ensayos de tracción diagonal en muretes
El ensayo de tracción diagonal se usa para determinar las características y parámetros de
comportamiento al corte de los muros de mampostería. Consiste en aplicar dos fuerzas de
compresión opuestas, que actúan sobre una de las diagonales del murete. Esta fuerza se puede
descomponer en dos componentes: la de carga axial y la de cortante. Con esto y con las
características geométricas del murete se puede calcular el esfuerzo cortante promedio que actua
sobre el área neta del murete. Además, si se registra la deformación unitaria en dos líneas de acción
perpendiculares, tales como la horizontal y la vertical, se puede encontrar la curva esfuerzo-
deformación al cortante para el estado de esfuerzos indicado.
Los espesores de los muretes variaron entre 14.5 cm. y 40 cm., al igual que uno de sus lados el cual
varió entre 75 cm. y 1.0 m. Todas las probetas se instrumentaron con una celda de carga y con
deformímetros ubicados en las diagonales de los muretes.
Se ensayaron 10 especimenes de adobe y 13 de tapia. Para que los muros de adobe no fallaran por
su propio peso, se debió crear un nuevo montaje el cual consistió en la ubicación de unos cables en
la diagonal de los muretes. Como los muretes están apoyados en el piso, no se genera ningún tipo de
esfuerzo cortante.
En las tablas 6.8 y 6.9 se presentan los resultados de los ensayos. En las figuras 6.6 y 6.7 se
muestran las curvas típicas esfuerzo-deformación para los muros sometidos a tracción diagonal.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
60
ENSAYO No MATERIAL
ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO
(kg/cm2)
MÓDULO DE RIGIDEZ (kg/cm2)
OBSERVACIONES
Ensayo 1 Adobe Mortero Tierra ---- ---- Falla por montaje Ensayo 2 Adobe Mortero Tierra ---- ---- Falla por montaje Ensayo 3 Adobe Mortero Tierra 0.26 353.3 Tracción con Guayas Ensayo 4 Adobe Mortero Tierra 0.34 253.3 Tracción con Guayas Ensayo 5 Adobe Mortero Tierra 0.42 348.4 Tracción con Guayas Ensayo 6 Adobe Mortero Tierra 0.35 456.2 Tracción con Guayas Ensayo 7 Adobe Mortero Cal 0.29 295.1 Tracción con Guayas Ensayo 8 Adobe Mortero Cal 0.24 188.4 Tracción con Guayas Ensayo 9 Adobe Mortero Cal 0.27 365.4 Tracción con Guayas
Ensayo 10 Adobe Mortero Cal 0.31 156 Tracción con Guayas Promedio 0.31 302.0
Desviación 0.06 99.4
Tabla 6.8 Resultado de ensayos a tracción diagonal de muretes de adobe
ENSAYO No MATERIAL
ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO
(kg/cm2)
MÓDULO DE RIGIDEZ (kg/cm2)
OBSERVACIONES
Ensayo 1 Tapia Cajamarca ---- ---- Falla en el montaje Ensayo 2 Tapia Cajamarca 0.48 413.6 Ensayo 3 Tapia Cajamarca ---- ---- Falla en el montaje Ensayo 4 Tapia Cajamarca 0.39 454.5 Ensayo 5 Tapia Cajamarca 0.60 623.4 Ensayo 6 Tapia Cajamarca 0.29 276.0 Ensayo 7 Tapia Candelaria 0.29 203.6 Ensayo 8 Tapia Candelaria 0.32 207.2 Ensayo 9 Tapia Candelaria 0.32 119.2 Ensayo 10 Tapia Candelaria 0.65 327.6 Ensayo 11 Tapia Candelaria 0.29 207.6 Ensayo 12 Tapia Candelaria 0.25 320.8 Tracción con guayas Ensayo 13 Tapia Candelaria 0.17 310.0 Tracción con guayas Promedio 0.37 314.9
Desviación 0.15 141.4
Tabla 6.9 Resultados de ensayos a tracción diagonal en muretes de tapia
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
61
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 0.022 0.024Deformación por Corte γ
Esfu
erzo
Cor
ante
(kPa
)
G = 25325 kPa
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 0.022 0.024Deformación por Corte γ
Esfu
erzo
Cor
ante
(kPa
)
G = 20764 kPa
Figuras 6.6
Curva típica esfuerzo-deformación para los muros de tapia pisada de tracción diagonal
Figuras 6.7 Curva típica esfuerzo-deformación para los muros
de tapia pisada de tracción diagonal
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
62
En las Figuras 6.8 y 6.9 se muestra el montaje del ensayo a tracción diagonal.
Figura 6.8 Ensayo de tracción diagonal
Figura 6.9
Ensayo de tracción diagonal con guayas
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
63
Complementando lo anterior, se hizo un modelo en SAP2000 del ensayo. Este permite obtener
analíticamente la distribución de esfuerzos en el espécimen. En la figura 6.10 a se presenta esta
distribución de esfuerzos principales elásticos, y en la figura 6.10 b se muestran los esfuerzos
cortantes máximos para el ensayo de tracción diagonal con guayas.
Figura 6.10 a
Distribución de esfuerzo máximo en muro
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
64
Figura 6.10 b
Distribución de esfuerzo máximo en muro de adobe (tracción diagonal con guaya)
De los resultados de estos ensayos se encontró lo siguiente:
• La tapia pisada tiene mayor resistencia al cortante con valores que varían entre 0.2 kg/cm²
y 0.7 kg/cm², contra los de el adobe que varían entre 0.2 kg/cm² y 0.31 kg/cm².
• Los muros de adobe tienen una mayor capacidad de deformación que los muros de tapia
pisada.
• En promedio, los muros de adobe resisten mayores deformaciones al corte que los muros
de tapia pisada, antes de la falla.
• Para los muros de adobe, la falla siempre se generó por la propagación de una grieta que
trataba de seguir las juntas de mortero. Para los de tapia, la grieta era casi vertical entre los
extremos de la diagonal del muro.
• Los módulos de cortante fueron muy variables tanto para la tapia como para el adobe. Para
los de adobe estos variaron entre 200 – 400 kg/cm², para los de tapia la variación estuvo
entre 200 – 500 kg/cm².
• Los valores de relación de Poisson para los muros de adobe deben ser del orden de 0.20 –
0.25 y para los muros de adobe de 0.20 – 0.30.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
65
6.3.7 Resistencia a la compresión y a la tensión de morteros de cal
Fue necesario practicarle ensayos a un mortero de cal con una dosificación 1:2, que es la
proporción que fue más frecuentemente usada para la construcción de las edificaciones en
estudio. A continuación se muestran los resultados de dichos ensayos.
PROPIEDAD PROMEDIO Resistencia a la compresión a los 28 días (kg/cm2) 25.0 Resistencia a la tensión a los 28 días (kg/cm2) 1.5
Tabla 6.10
Propiedades básicas del mortero de cal
6.4 COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES PRINCIPALES
Para entender el comportamiento de los elementos principales de las edificaciones en adobe y
tapia pisada, se le hicieron ensayos a diferentes tipos de especimenes que simulan el
comportamiento de estos elementos. Los especimenes construidos y ensayados fueron los
siguientes:
• Muros en adobe y tapia pisada a escala natural, sometidos a cargas verticales
constantes, a cargas cíclicas horizontales perpendiculares en el plano del muro, y a
cargas horizontales perpendiculares al plano del muro monotónicamente crecientes
mediante volteo del muro.
• Modelos de casas a escala reducida, sometidas a excitación sísmica en la base, por
medio de una mesa vibratoria.
6.4.2 Ensayo de muros con carga cíclica paralela al plano
A continuación, en la Figura 6.11 se muestra el montaje de para los muros a escala natural,
sometidos a una carga vertical constante y a una carga simultánea cíclica horizontal. La falla
horizontal se aumenta hasta la falla del muro. El objetivo de este ensayo es determinar el
comportamiento del muro ante cargas cíclicas en su plano.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
66
Figura 6.11
Esquema del montaje para muros con carga paralela al plano
En la Figura 6.12 se muestran los desplazamientos relativos a la cimentación, debidos a la
carga que se aplica en la parte superior de cada muro. La carga vertical aplicada, se seleccionó
de acuerdo con las cargas típicas encontradas en las casas de La Candelaria. La
instrumentación de los muros en los ensayos fue la siguiente: deformímetros horizontales en la
parte superior del muro, una celda de carga para determinar la carga vertical, y las celdas de
carga del actuador dinámico.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
67
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
0 100 200 300 400 500 600 700
Tiempo (s)
Des
plaz
amie
nto
(mm
)
Figura 6.12
Desplazamientos en la parte superior de los muros
6.4.2.2 Ensayos
Se hicieron un total de 12 ensayos (Tabla 6.11), con muros de dimensiones de 250 cm. x 40
cm. x 200 cm., construidos como se hizo en el caso de las edificaciones de La Candelaria.
MURO No. MATERIAL DIMENSIONES CARGA
VERTICAL TIPO DE
REFUERZO OBSERVACIONES
1 Adobe 250 cm x 40 cm x 200cm 7 ton Ninguno 2 Adobe 250 cm x 40 cm x 200cm 5 ton Ninguno 3 Adobe 250 cm x 40 cm x 200cm 2 ton Ninguno 4 Tapia 250 cm x 40 cm x 200cm 7 ton Ninguno 5 Tapia 250 cm x 40 cm x 200cm 5 ton Ninguno 6 Tapia 250 cm x 40 cm x 200cm 2 ton Ninguno 7 Adobe 250 cm x 40 cm x 200cm 7 ton Malla 8 Adobe 250 cm x 40 cm x 200cm 5 ton Malla 9 Adobe 250 cm x 40 cm x 200cm 2 ton Malla
10 Tapia 250 cm x 40 cm x 200cm 7 ton Malla 11 Tapia 250 cm x 40 cm x 200cm 5 ton Malla 12 Tapia 250 cm x 40 cm x 200cm 2 ton Malla
Tabla 6.11 Muros con carga cíclica paralela al plano ensayados
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
68
6.4.2.3 Resultados
Los resultados se muestran mediante ciclos de histéresis que indican el comportamiento cíclico
carga-deformación horizontal En la Figura 6.13 se muestran estos resultados.
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE ADOBE CARGA AXIAL 7 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE TAPIA CARGA AXIAL 7 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCL ICO DE MURO DE ADOBE CARGA AXIAL 5 TON
FUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE TAPIA CARGA AXIAL 5 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
Figura 6.13
Curvas histeréticas
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
69
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE ADOBE CARGA AXIAL 2 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE TAPIA CARGA AXIAL 2 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE ADOBE REFORZADO CARGA AXIAL 7 TON
FUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE TAPIA REFORZADO CARGA AXIAL 7 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE TAPIA REFORZADO CARGA AXIAL 5 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE ADOBE REFORZADO CARGA AXIAL 5 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fue
rza
(kN
)
Figura 6.13
Curvas histeréticas
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
70
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE ADOBE REFORZADO CARGA AXIAL 2 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
ENSAYO CÍCLICO DE MURO DE TAPIA REFORZADO CARGA AXIAL 2 TONFUERZA vs. DERIVA
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6Deriva (%)
Fuer
za (k
N)
Figura 6.13
Curvas histeréticas
6.4.2.4 Interpretación de los resultados
Rigidez inicial: Es la pendiente promedio de la curva carga-desplazamiento en el primer ciclo de
carga, y hasta una carga la mitad de la carga máxima del muro.
Capacidad máxima ante cargas horizontales: De los ciclos histeréticos se obtienen unas envolventes
de capacidad de carga, que corresponden a una aproximación del comportamiento esperado ante
una carga monotónica creciente.
En la figura 6.14 se relacionan los esfuerzos normales actuantes debidos a las cargas verticales,
contra los esfuerzos cortantes para el primer agrietamiento y contra el esfuerzo cortante último
resistente para los muros sin rehabilitar. Para esto, se plantearon las siguientes correlaciones:
τ = 0.038 + 0.297σ Fisuración adobe τ = 0.023 + 0.279σ Fisuración tapia τ = 0.052 + 0.340σ Resistencia última adobe τ = 0.078 + 0.311σ Resistencia última tapia
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
71
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Esfuerzo Normal (kg/cm²)
Esf
uerz
o C
orta
nte
(kg/
cm²)
Resist encia Fisuración Adobe Resistencia Ult ima AdobeResist encia Fisuración T apia Resistencia Ult ima Tapia
Figura 6.14
Relación esfuerzo normal-esfuerzo cortante
Punto de primer agrietamiento: Es la carga y el desplazamiento horizontal, para el momento en que
se presenta la primera grieta visible en el muro.
Capacidad de desplazamiento máximo: Es el desplazamiento horizontal máximo cuando el muro
empieza a perder estabilidad por cargas verticales y/o horizontales, o cuando este desplazamiento es
muy grande y no es recuperable.
En la tabla 6.12 se muestran los resultados. En el caso de lo muros de adobe, la forma de falla
dominante se inició por las grietas en diagonal, siguiendo las pegas o juntas. Para los muros de tapia
pisada, las grietas se iniciaban en las agujas por la alta concentración de esfuerzos y se propagaban
a lo largo de una línea con un ángulo de más o menos 45 grados. En la Figura 6.15 se muestra el
montaje para carga paralela.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
72
Tabla 6.12 Ensayos de muros con carga paralela al plano
Figura 6.15
Falla de los muros con carga paralela
MURO No.
P (Ton)
σN (kg/cm²)
Vy (Ton)
τY (kg/cm²)
Vu (Ton)
τU (kg/cm²)
δY (mm)
δU (mm)
1 7 0.7 2.5 0.25 2.9 0.29 2.2 5.4 2 5 0.5 1.8 0.18 2.2 0.22 0.8 3.1 3 2 0.2 1 0.10 1.2 0.12 0.7 2.3 4 7 0.7 2.2 0.22 2.8 0.28 3.6 10.3 5 5 0.5 1.6 0.16 2.6 0.26 2.5 8.1 6 2 0.2 0.8 0.08 1.3 0.13 1.6 11.6 7 7 0.7 2.5 0.25 3.6 0.36 2.2 20.0 8 5 0.5 2.1 0.21 3.6 0.36 2.7 16.2 9 2 0.2 2.0 0.20 3.2 0.32 2.1 14.4 10 7 0.7 2.7 0.27 4.3 0.43 3.5 14.4 11 5 0.5 2.5 0.25 3.6 0.36 3.2 18.0 12 2 0.2 1.2 0.12 2.0 0.20 2.9 18.0
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
73
Figura 6.15
Falla de los muros con carga paralela 6.4.2.5 Modelación analítica
También se hizo un modelo analítico de los ensayos a escala natural. Mediante este modelo se
puede calibrar el periodo de vibración natural medido, y calcular el módulo dinámico del material.
En la Tabla 6.13 se muestran los resultados para el periodo de vibración en dirección perpendicular
al plano. También se puede calibrar el módulo elástico estático del material.
MURO NO.
PERIODO DE VIBRACIÓN
(seg)
MÓDULO DINÁMICO EQUIVALENTE
(kg/cm2) 1 0.39 488 2 0.42 420 3 0.44 383 4 0.39 488 5 0.36 572 6 0.52 274 7 0.33 682 8 0.39 488 9 0.41 442
10 0.40 464 11 0.48 322 12 0.39 488
Tabla 6.13
Periodos de vibración y módulos dinámicos
En la Figura 6.15 se muestra la distribución interna de los esfuerzos.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
74
Figura 6.15
Deformación del modelo analítico para el modo de vibración 1
6.4.3 Ensayo de muros con carga monotónica perpendicular al plano
6.4.3.1 Descripción de Ensayos
Los ensayos de muros a escala natural sometidos a una carga vertical constante y a una carga
perpendicular al plano del muro, que es monotónicamente creciente mediante volteo progresivo, se
hacen para determinar el mecanismo de falla ante cargas perpendiculares, y los niveles de
aceleración que producen estos para diferentes cargas verticales.
Se instrumentan para medir su ángulo de inclinación y la carga vertical actuante. El volteo se hace
mediante un cargador desde la parte superior del entramado metálico que rodea el muro.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
75
Figura 6.16 Esquema del montaje para ensayos de muros
con carga perpendicular al plano
6.4.3.2 Ensayos realizados
Se hicieron un total de 8 ensayos sobre los muros de tapia y adobe. En la Tabla 6.14 se muestran las
características de cada uno de estos.
MURO No. MATERIAL DIMENSIONES CARGA
VERTICAL TIPO DE
REFUERZO OBSERVACIONES
1 Adobe 250cm x 40cm x 200cm 5 Ton Ninguno 2 Adobe 250cm x 40cm x 200cm 2 Ton Ninguno 3 Tapia 250cm x 40cm x 200cm 5 Ton Ninguno Se retiro la Carga Vertical 4 Tapia 250cm x 40cm x 200cm 2 Ton Ninguno Se retiro la Carga Vertical 5 Adobe 250cm x 40cm x 200cm 5 Ton Maderas Se retiro la Carga Vertical 6 Adobe 250cm x 40cm x 200cm 2 Ton Maderas Se retiro la Carga Vertical 7 Tapia 250cm x 40cm x 200cm 5 Ton Maderas Se retiro la Carga Vertical 8 Tapia 250cm x 40cm x 200cm 2 Ton Maderas Se retiro la Carga Vertical
Tabla 6.14 Muros con carga perpendicular al plano
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
76
6.4.3.3 Resultados
El objetivo de los ensayos con carga perpendicular al plano es determinar la carga horizontal de
falla y los mecanismos de colapso. Los muros sin refuerzo presentaron la falla a algún ángulo de
inclinación o a los 90 grados. Ninguno de los muros reforzados colapsó, aún después de colocados
en forma horizontal. En la Tabla 6.15 se muestran los resultados de estos ensayos.
CARGA VERTICAL ANGULO SOBRECARGA MURO NO
MATERIAL
[tonf] [deg] [tonf]
ESTADO
1 Adobe sin reforzar 5.0 71 0.0 Colapso
2 Adobe sin reforzar 2.0 66 0.0 Colapso
3 Tapia sin reforzar 5.0 90 0.2 Colapso
4 Tapia sin reforzar 2.0 90 2.5 Colapso
5 Adobe reforzado 5.0 90 3.2 Agrietamiento sin colapso
6 Adobe reforzado 2.0 90 3.2 Agrietamiento sin colapso
7 Tapia reforzada 5.0 90 4.2 Agrietamiento sin colapso
8 Tapia reforzada 2.0 90 5.8 Agrietamiento sin colapso
Tabla 6.15 Resultados de los ensayos-carga perpendicular
6.4.3.4 Interpretación de los resultados
Están en función del coeficiente de carga horizontal resistente en cada uno de los casos, en función
del peso propio del muro. Como en la mayoría de los casos se retiró la carga vertical, los valores
indicados son valores mínimos, y los coeficientes de valores ante cargas perpendiculares al plano
son mayores que los mostrados. Estos coeficientes se muestran en la Tabla 6.16.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
77
MURO NO
COEFICIENTE DE CARGA
HORIZONTAL
1 0.95 2 0.91 3 1.05 4 1.69 5 1.89 6 1.89 7 2.18 8 2.61
Tabla 6.16
Coeficiente de carga horizontal resistente en función del peso propio del muro
Se puede ver que las medidas de rehabilitación sí disminuyen la vulnerabilidad sísmica de los
muros que están sometidos a cargas perpendiculares a su plano. Para que esto sea efectivo, debe
haber una restricción transversal en los apoyos del muro, que impidan un desplazamiento en la
dirección del plano del muro. Esto se logra con un diafragma rígido. Además, se debe garantizar
una buena unión entre el refuerzo y el muro, mediante los pernos.
6.4.4 Ensayo de viviendas a escala sometidos a cargas dinámicas en la base
6.4.4.1 Descripción de los ensayos
Se construyeron casas a escala 1:5 para ser sometidas a ensayos de excitación en la base, mediante
la mesa vibratoria (Figura 6.17). Como los materiales son los mismos que los de las casas a escala
real, esto implica una sobrecarga en la cubierta, que en este caso resultó de 35 kg. Como no se
puede modelar la fuerza inercial directa sobre los muros, estos ensayos son más que todo de uso
cualitativo, para comparar diferentes modelos, con diferentes configuraciones. Con los ensayos se
identifican formas de falla características y analizan el efecto de las propuestas de rehabilitación,
comparado con los modelos son refuerzo.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
78
Figura 6.17
Casas a escala-mesa vibratoria Los modelos a escala se pusieron sobre la mesa vibratoria a un ángulo de 45° con respecto a la
dirección del sismo, para así tener en cuenta los efectos ortogonales del mismo. De esta forma la
señal llega a cada muro en un sentido diferente al de sus ejes principales.
Todos los modelos fueron sometidos a la señal sintética generada a partir de un registro del sismo
de Tauramena, el cual fue utilizado también en la microzonificación de Bogotá, para los espectros
de diseño. Esta señal se incrementó paulatinamente desde 0.05 g hasta 2.0 g, o hasta que la casa
fallara. Se instrumentó con acelerómetros en la mesa vibratoria y en la cubierta, y trasductores de
desplazamiento en las dos direcciones principales de la planta de cubierta.
Este tipo de modelación, a escala reducida afecta la frecuencia y por lo tanto el tiempo. Por eso es
necesario escalar el eje de tiempo de la señal de entrada. En este caso el factor de escala del tiempo
aplicado es igual a 5. Figura 6.18.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
79
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tiempo (seg)
Des
plaz
amie
nto
(cm
)
Figura 6.18
Señal usada en el ensayo de mesa vibratoria
6.4.4.2 Ensayos realizados
En total se hicieron 4 ensayos, de los cuales tres eran casa de 1 piso y uno era una casa de dos pisos.
Figura 6.17.
VIVIENDA No. MATERIAL DIMENSIONES No. DE
PISOS CARGA
VERTICAL TIPO DE
REFUERZO OBSERVACIONES
1 Adobe 60cm x 60cm x 90cm 1 35 kg Ninguno 2 Adobe 60cm x 60cm x 90cm 1 35 kg Madera 3 Adobe 60cm x 60cm x 90cm 1 35 kg Malla 4 Tapia 60cm x 60cm x 90cm 2 35 kg (cubierta)
40 kg (entrepiso) Maderas
Tabla 6.17 Vivienda con carga dinámica en la base
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
80
6.4.4.3 Resultados de los ensayos
En la tabla 6.18 se muestran los resultados de los ensayos.
VIV
IEN
DA
N
O.
Aa AGRIETA-MIENTO
(g)
Aa COLAPSO
(g)
δ COLAPSO
(mm)
RANGO DE PERÍODOS DE
VIBRACIÓN (ELÁSTICO A
FISURADO) EN SEG.
ξ (%)
MECANISMO DE COLAPSO
1 0.4 2 14.8 0.06 – 0.12 3.4 – 2.8 Falla frágil de muros, se sostienen por peso de cubierta
2 0.5 1.5 44.4 0.08 – 0.09 3.3 – 3.2 Falla de cubierta y parte superior de muros
3 0.5 1.5 44.4 0.08 – 0.10 3.5 – 3.0 Falla en la unión entre muros, falla de malla y volteo del muro
4 0.5 1.88 55.5 0.093 – 0.13 3.1 – 2.7 Falla de muros de primer piso. Reforzamiento y segundo piso intactos
Tabla 6.18 Resultados de ensayos de casas con cargas cíclicas
6.4.4.4 Interpretación de resultados
Nuevamente se puede ver la gran mejoría que presentan las casas con las rehabilitaciones
propuestas. Los modelos reforzados con malla tienen factores de sobreresistencia de 1.5 a 3. Esto
lleva a que los mecanismos de falla varíen de pequeñas grietas hasta el colapso total. Para el
reforzamiento con madera, los muros resisten hasta tres veces las fuerzas dinámicas soportadas por
un muro sin refuerzo.
A continuación se describe cada una de las fallas encontradas:
Vivienda No. 1 – Adobe sin refuerzo:
Para este tipo de vivienda, el primer agrietamiento visible se presentó cuando se aplicó una
aceleración horizontal máxima con señal de 0.5 g. El colapso se presentó con una aceleración
horizontal de 2.0 g. La grieta empezó como una grieta horizontal con origen en los dinteles hasta el
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
81
dintel de la puerta. Luego empezaron agrietamientos con ángulos de 45°, desde la esquina superior
de la puerta hasta la parte superior del muro. Esta superficie de falla divide en 2 la estructura. A
medida que se aumenta la señal, la amenaza de ruina es casi total. Cuando la aceleración sube a 1.0
g se empiezan a caer los primeros bloques, y la cubierta apenas se sostiene. Los muros empiezan a
amenazar con el colapso total.
El modelo colapsó ante la caída de uno de los muros, lo que a su vez generó la pérdida de la
cubierta. Tabla 6.19.
Vivienda No. 2 – Adobe con refuerzo en madera
El primer agrietamiento visible se presentó cuando se aplicó una aceleración horizontal en la señal
de entrada de 0.5 g., y el colapso se presentó con una aceleración de 1.5 g. Se presentó un
desplazamiento en la base de 44.4 mm.
La grieta empezó en la esquina superior del refuerzo de madera, y se propagó hasta la cubierta,
generando una superficie de falla en la esquina superior. También se forman grietas que empiezan
en las esquinas de las ventanas, puertas, etc., y que terminan donde hay confinamiento por la
madera. Los muros se mantienen en pie hasta que se llega a una aceleración de 1.25 g. En este
punto la cubierta empieza a presentar inestabilidad, y sus vigas se empiezan a desprender. Cuando
la aceleración es de 1.75 g la cubierta cae y luego cae la parte superior de los muros, por falta de
confinamiento. Cuando se llega a una aceleración de 2.0 g, todavía quedan unos muros de pie, pero
ya muy deteriorados, hasta que se presenta su colapso. Tabla 6.20.
Vivienda No. 3 – Adobe con refuerzo en malla
La primer grieta visible se presentó con una aceleración de 0.5 g. El colapso de la casa se presentó
con una aceleración de 1.5 g y con un desplazamiento de 44.4 mm. La primera grieta inicia por
encima del dintel, hasta la esquina superior del muro. Donde hay grietas, se observa
desprendimiento del mortero de pega que recubre la malla. Se forma además una grieta vertical,
paralela al confinamiento que da la malla, y que se uno con la grieta que sale de los dinteles de
puertas y de las ventanas. Principalmente hay grietas verticales; la parte inferior de los muros se
nota muy afectada. A medida que se incrementa la carga sísmica estas grietas aumentan, formando
una X en todos los muros. La malla se desprende, quitándole estabilidad a los muros que están
desprendidos de la cimentación. Se puede ver que este tipo de refuerzo concentra los esfuerzos en
las esquinas. Tabla 6.21.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
82
Vivienda No. 4 – Tapia pisada con madera
La primer grieta visible se presentó cuando se aplicó una aceleración de 0.5 g, y el colapso con una
aceleración de 1.88 g, con un desplazamiento de base de 55.5 mm. Para este tipo de casas, el
agrietamiento comienza en las uniones que quedan del proceso de construcción. Las fisuras que se
presentan son pequeñas y por ende estables hasta una aceleración de 1.0 g. Una vez se aumenta esta
aceleración los muros del primer piso empiezan a desprenderse. Esto hace que se empiece a afectar
el soporte de la edificación, que son estos muros del primer piso. Esto se ve ayudado por el
confinamiento de madera, hasta que este falla y la casa hace una inclinación lateral. No hay
desprendimientos de bloques ni nada. Tabla 6.22.
ESCALA PRUEBA NO % de
Tiempo % de
Desplaz.
DESPLAZAMIENTO MÁXIMO
(mm)
ACELERACIÓN MÁX.
EN LA BASE (g) OBSERVACIONES
1 20% 1% 0.37 0.05 No daño 2 20% 5% 1.85 0.25 Fisuras muy pequeñas 3 20% 10% 3.70 0.50 Fisuras claramente definidas 4 20% 15% 5.55 0.75 Desarrollo del sistema de fisuras
5 20% 20% 7.40 1.00 Aumento del tamaño de fisuras
6 20% 25% 9.25 1.25 Desprendimiento de bloques pequeños
7 20% 30% 11.10 1.50 Caída de un lado de la cubierta 8 20% 35% 12.95 1.75 Colapso total de la cubierta
9 20% 35% 12.95 1.75 Fractura de la parte superior de muros
10 20% 40% 14.80 2.00 Caída esquinas superiores de muros
11 40% 120% 44.40 1.50 Falla de culata y madera que la confina
Tabla 6.19 Vivienda no. 1 – desplazamientos en la base
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
83
ESCALA PRUEBA NO % de
Tiempo % de
Desplaz.
DESPLAZAMIENTO MÁXIMO
(mm)
ACELERACIÓN MÁX.
EN LA BASE (g) OBSERVACIONES
1 20% 1% 0.37 0.05 No daño 2 20% 5% 1.85 0.25 Fisuras muy pequeñas 3 20% 10% 3.70 0.50 Fisuras claramente definidas 4 20% 15% 5.55 0.75 Desarrollo del sistema de fisuras
5 20% 20% 7.40 1.00 Aumento del tamaño de fisuras
6 20% 25% 9.25 1.25 Desprendimiento de bloques pequeños
7 20% 30% 11.10 1.50 Caída de un lado de la cubierta 8 20% 35% 12.95 1.75 Colapso total de la cubierta
9 20% 35% 12.95 1.75 Fractura de la parte superior de muros
10 20% 40% 14.80 2.00 Caída esquinas superiores de muros
11 40% 120% 44.40 1.50 Falla de culata y madera que la confina
Tabla 6.20
Vivienda no. 2 – desplazamientos en la base
ESCALA PRUEBA NO % de
Tiempo % de
Desplaz.
DESPLAZAMIENTO MÁXIMO
(mm)
ACELERACIÓN MÁX.
EN LA BASE (g) OBSERVACIONES
1 20% 1% 0.37 0.05 No daño
2 20% 5% 1.85 0.25 Fisuras muy pequeñas
3 20% 10% 3.70 0.50 Fisuras claramente definidas
4 20% 15% 5.55 0.75 Aumento del tamaño de fisuras – grietas
5 20% 20% 7.40 1.00 Formación completa de grietas diagonales
6 20% 25% 9.25 1.25 Desprendimiento de mortero y malla en griet
7 20% 30% 11.10 1.50 Desprendimiento de muros de cimentación
8 40% 60% 22.20 0.75 Rotura de malla de refuerzo en las grietas
9 40% 120% 44.40 1.50 Grande deformación, borde del colapso
10 40% 120% 44.40 1.50 Falla del modelo - volcamiento
Tabla 6.21
Vivienda no. 3 – desplazamientos en la base
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
84
ESCALA PRUEBA NO % de
Tiempo % de
Desplaz.
DESPLAZAMIENTO MÁXIMO
(mm)
ACELERACIÓN MÁX.
EN LA BASE (g) OBSERVACIONES
1 20% 1% 0.37 0.05 No daño
2 20% 5% 1.85 0.25 Fisuras muy pequeñas 3 20% 10% 3.70 0.50 Fisuras claramente definidas
4 20% 15% 5.55 0.75 Formación progresiva de fisuras
5 20% 20% 7.40 1.00 Grietas considerables en el primer nivel
6 20% 25% 9.25 1.25 Aumento de grietas en el primer nivel
7 20% 30% 11.10 1.50 Desprendimiento de material primer nivel
8 20% 35% 12.95 1.75 Caída de bloques de tapia esquina 1er N.
9 20% 35% 12.95 1.75 Falta de confinamiento – desprendimiento
10 40% 60% 22.20 0.75 Caída bloque de muros – 50% muros 1er N.
11 40% 120% 44.40 1.50 Perdida de mas del 70%
12 40% 150% 55.50 1.88 Desprendimiento de material del 2do N.
13 40% 150% 55.50 1.88 Falla de 1er Nivel lo sostiene las maderas.
14 40% 150% 55.50 1.88 Colapso total del modelo
Tabla 6.22 Vivienda no. 4 – desplazamientos en la base
En las Figuras 6.19 – 6.22 se muestra el proceso de colapso de las viviendas 1-4 respectivamente.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
85
Figura 6.19 Proceso de colapso – vivienda no. 1
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
86
Figura 6.20
Proceso de colapso – vivienda no. 2
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
87
Figura 6.21
Proceso de colapso – vivienda no. 3
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
88
Figura 6.22
Proceso de colapso – vivienda no. 4
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
89
6.4.5 Ensayo de viviendas a escala cometidas a deformaciones cíclicas en la cubierta
6.4.5.1 Descripción de los ensayos
Se construyeron tres modelos a escala reducida 1:1.5, para ser sometidos a desplazamientos cíclicos
progresivos en la cubierta. Estos desplazamientos se aplicaron en la dirección diagonal a las
direcciones principales de la casa, y se aplicaron hasta llegar a la falla. A continuación se muestra el
montaje de estos ensayos. Figura 6.23.
Figura 6.23
Montaje casas a escala 1:1.15
6.4.5.2 Ensayos realizados
Se hicieron 3 ensayos, con las características que se muestran en la Tabla 6.23.
VIVIENDA No. MATERIAL DIMENSIONES CARGA
VERTICAL TIPO DE
REFUERZO OBSERVACIONES
1 Adobe 2.6 m x 2.6 m x 2m 3.5 Ton Ninguno 2 Adobe 2.6 m x 2.6 m x 2m 3.5 Ton Malla 3 Adobe 2.6 m x 2.6 m x 2m 3.5 Ton Madera
Tabla 6.23
Viviendas con deformaciones cíclicas en la cubierta
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
90
6.4.5.3 Resultados
Los resultados se muestran en curvas de carga – desplazamiento. Las curvas de histéresis se
graficaron para cuatro niveles diferentes de deformación. La falla dominante para este tipo de casas
fueron grietas verticales en la parte superior de los muros cargueros, por la concentración de
esfuerzos que hubo en los puntos de conexión entre cubierta y muro carguero. Figura 6.24. En la
Figura 6.25 se muestran los esquemas generales de falla.
-20
-16
-12
-8
-4
0
4
8
12
16
20
-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Deformación (mm)
Fuer
za (k
N)
Figura 6.24 Curva histerética-exitación en la cubierta
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
91
Figura 6.25
Esquemas generales de falla 6.4.5.4 Interpretación de resultados
• La casa sin ningún refuerzo, tiene muy poca resistencia a un sismo. Una de las cosas que
afecta el comportamiento de este tipo de viviendas es la carga axial de los muros; a medida
que aumenta la carga axial en los muros aumenta la resistencia, pero aumentar el peso de la
cubierta implica mayores fuerzas inerciales.
• La mejor medida de rehabilitación resultó ser la madera porque aumenta la capacidad de
carga y de deformación, disminuyendo la vulnerabilidad sísmica de las casas. Además se
aumenta la capacidad de los muros ante solicitaciones en su eje débil.
• Para el caso de las casas reforzadas con malla de acero, también se observó un aumento en
la capacidad de carga y deformación. Su resistencia ante solicitaciones en su eje débil es
menor que la de las casas reforzadas con madera.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
92
En la Tabla 6.24 se muestran las características de los materiales estudiados.
PARÁMETRO UNIDADES ADOBE TAPIA PISADA Densidad Ton/m³ 1.80 1.92
Módulo de Elasticidad Kg/cm² 1170.5 1015.1 Módulo de Rigidez Kg/cm² 302.1 315.2
Resistencia a Compresión Kg/cm² 12.2 3.3 Resistencia a Cortante Kg/cm² 0.31 0.37 Resistencia a Flexión Kg/cm² ----- 0.15
Capacidad de deformación Deriva (%) 0.20 0.50 Capacidad de Carga Kg/cm² 0.22 0.26
Tabla 6.24 Características de los materiales estudiados
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
93
7. MODELACIÓN ANALÍTICA Y TEORÍA DE FALLA
A continuación se hace un resumen de lo que se encontró en el informe de la Universidad de los
Andes sobre Modelación analítica y teoría de falla.
7.1 COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL
Para la modelación del comportamiento de los muros de adobe y tapia pisada, se usó la teoría lineal,
la cual representa bien el comportamiento de los especimenes hasta estados antes del agrietamiento.
Con estos se pueden predecir los esfuerzos en el elemento, antes de la degradación de la rigidez.
El comportamiento del adobe y la tapia se clasifica como bilineal. En las gráficas donde se muestra
la aproximación bilineal obtenida para la compresión y para la tracción diagonal, se puede ver que,
al igual que el concreto simple, hay una zona donde se hace evidente un cambio de rigidez, que es
cuando aparecen las primeras grietas. Este tipo de comportamiento se identifica mediante dos
puntos clave: el de agrietamiento y el de resistencia última. Figuras 7.1 y 7.2.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
94
Muro No Pu (kg) Py (kg) ∆y (mm) ∆u (mm)1 5997 4398 1.32 4.192 5147 4480 2.88 4.313 4485 3500 2.21 5.274 5745 4566 3.04 4.965 6173 4883 2.72 4.646 5144 3922 2.205 4.7257 5283 3855 3.04 5.68 4842 4057 2.11 4.199 4282 3710 3.14 5.28
10 4987 4423 4.96 5.4611 4492 4019 1.12 3.04
Muro No Pu (kg) Py (kg) ∆y (mm) ∆u (mm)1 5024 3938 1.37 1.872 3074 3014 1.48 1.68
Aproximación bilineal para elementos en adobe Aproximación bilineal para elementos en tapia
Figura 7.1 Comportamiento a compresión del adobe y la tapia
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
95
Figura 7.2 a Comportamiento en tracción diagonal de elementos en adobe y tapia
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
96
Muro NoEsf. Cortante
ultimo (kg/cm²)
Esf. Cortante agrietamiento
(kg/cm²)
Deformación de
agrietamiento (unitaria)
Deformación de última (unitaria)
1 0.28 0.24 0.00075 0.00232 0.29 0.22 0.00075 0.00213 0.44 0.34 0.00075 0.00304 0.21 0.17 0.00140 0.00555 0.21 0.14 0.00450 0.03006 0.23 0.20 0.00300 0.01907 0.23 0.20 0.00300 0.01908 0.47 0.26 0.00150 0.03009 0.20 0.16 0.00150 0.0180
Aproximación bilineal para elementos en tapia – tracción diagonal
Muro NoEsf. Cortante
ultimo (kg/cm²)
Esf. Cortante agrietamiento
(kg/cm²)
Deformación de agrietamiento
(unitaria)
Deformación de última (unitaria)
1 0.17 0.153 0.0005 0.0042 0.12 0.102 0.0005 0.0073 0.19 0.102 0.0010 0.0164 0.24 0.150 0.0008 0.0135 0.30 0.220 0.0010 0.0046 0.26 0.220 0.0005 0.0037 0.23 0.200 0.0030 0.0198 0.22 0.180 0.0015 0.003
Aproximación bilineal para elementos en adobe – tracción diagonal
Figura 7.2 b Comportamiento en tracción diagonal de elementos en adobe y tapia
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
97
7.1.1 Módulo de elasticidad y esfuerzo de compresión
Para lograr que los desplazamientos teóricos sean lo más aproximados a los obtenidos en el
laboratorio se varió el valor del módulo de elasticidad de cada modelo. Figura 7.3
Figura 7.3
Zona de agrietamiento para los modelos de adobe – compresión
Esfuerzo mínimo de compresión en zona de agrietamiento: -12.40 kg/cm²
Esfuerzo máximo de compresión en zona de agrietamiento: -13.20 kg/cm²
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=2
ntoAgrietamieMínimoEsfuerzontoagrietamieMáximoEsfuerzocompresióndeMáximoEsfuerzo
²80.12
2²
20.13²
40.12
cmkgcm
kgcmkg
compresióndeMáximoEsfuerzo =⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ −−=
Esfuerzo Máximo de compresión: 12.80 kg/cm²
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
98
En la Tabla 7.1 se hace una comparación de los resultados del adobe sometido a compresión.
MureteCarga
agrietamiento (kg)
Deformación medida (mm)
Esfuerzo de agrietamiento
(kg/cm²)
Modulo Elastico utilizado (kg/cm²)
Deformación obtenida del modelo (mm)
Esfuerzo de agrietamiento en
el modelo (kg/cm²)
1 4398 2.54 10.98 1,470 2.6 11.642 4488 3.06 11.50 1,225 3.04 12.193 3500 2.79 7.99 1,050 2.7 8.474 4566 3.20 11.00 1,180 3.21 11.665 4883 2.88 12.01 1,270 3.2 12.806 3922 2.56 8.70 1,280 2.55 9.227 3855 3.36 8.56 960 3.36 9.078 4057 2.33 9.01 1,450 2.33 9.559 3719 3.52 8.53 880 3.53 9.0410 4423 4.80 10.52 770 4.8 11.1511 4019 1.45 9.52 2,200 1.45 10.09
Tabla 7.1 Comparación de resultados-compresión adobe
Módulo elástico promedio: 1154 gk/cm² (excluyendo el valor de 2200 kg/cm²)
Esfuerzo máximo de compresión: 9.8 kg/cm²
Figura 7.4 Zona de agrietamiento para modelos de tapia-compresión
Esfuerzo mínimo de compresión en zona de agrietamiento: -2.20 kg/cm²
Esfuerzo máximo de compresión en zona de agrietamiento: -5.17 kg/cm²
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=2
ntoAgrietamieMínimoEsfuerzontoagrietamieMáximoEsfuerzocompresióndeMáximoEsfuerzo
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
99
²69.3
2²
20.2²
17.5
cmkgcm
kgcmkg
compresióndeMáximoEsfuerzo =⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ −−=
Esfuerzo máximo de compresión: 3.69 kg/cm²
En la Tabla 7.2 se hace una comparación de los resultados de la tapia sometida a compresión.
MureteCarga
agrietamiento (kg)
Deformación medida (mm)
Esfuerzo de agrietamiento
(kg/cm²)
Modulo Elastico utilizado (kg/cm²)
Deformación obtenida del modelo (mm)
Esfuerzo de agrietamiento en
el modelo (kg/cm²)
1 4173 1.80 3.57 800 1.81 3.692 3012 1.60 2.55 800 1.59 2.57
Tabla 7.2 Comparación de resultados ensayos de compresión-tapia
Módulo elástico promedio: 800 kg/cm²
Esfuerzo máximo de compresión: 3.13 kg/cm²
7.1.2 Esfuerzo de tracción indirecta
De la medición experimental se obtuvo que la longitud de agrietamiento en un muro de tapia era de
60 cm. Al modelo analítico se le pone la carga de agrietamiento, y se registra el valor de esfuerzo
promedio a tracción, en la zona de agrietamiento. Estos valores de esfuerzo promedio coinciden con
los calculados en los ensayos. Figuras 7.5 y 7.6.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
100
Figura 7.5
Longitud de zona de agrietamiento-tapia
Figura 7.6
Distribución esfuerzo máximo- muro tapia
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
101
Figura 7.6
Distribución esfuerzo máximo- muro tapia
Longitud de la zona de agrietamiento: 60cm
Espesor del murete: 40cm
50.14060
==cmcm
muroEspesoragrietadazonaLongitud
Esfuerzo máximo en zona de agrietamiento: 0.462 kg/cm²
Esfuerzo mínimo en zona de agrietamiento: 0.154 kg/cm²
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ +
=2
ntoAgrietamieMínimoEsfuerzontoagrietamieMáximoEsfuerzotensióndeMáximoEsfuerzo
²31.0
2²
154.0²
462.0
cmkgcm
kgcmkg
tensióndeMáximoEsfuerzo =⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ +=
Esfuerzo máximo de tensión: 0.31 kg/cm²
En la Tabla 7.3 se muestra una comparación de los resultados de la tapia sometida a tracción.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
102
MureteCarga
agrietamiento (kg)
Esfuerzo de agrietamiento
(kg/cm²)
Modulo Elastico utilizado (kg/cm²)
Esfuerzo de agrietamiento en
el modelo (kg/cm²)
1 1882 0.24 800 0.262 1824 0.23 800 0.273 2765 0.34 800 0.344 1403 0.17 800 0.185 1166 0.14 800 0.176 1466 0.21 800 0.227 1467 0.21 800 0.228 2043 0.26 800 0.259 1302 0.16 800 0.17
Tabla 7.3 Comparación de resultados ensayos
a tracción-tapia
Módulo Elástico promedio tapia: 8000 kg/cm²
Esfuerzo máximo tracción tapia: 0.21 kg/cm²
Al modelo analítico se le pine la carga de agrietamiento y se registra el valor de esfuerzo promedio
a tracción en la zona de agrietamiento. Los valores de los esfuerzos obtenidos, son similares a los
calculados en el ensayo. Figura 7.7.
Figura 7.7
Distribución de esfuerzo máximo – muro adobe (tracción diagonal guayas)
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
103
Esfuerzo máximo zona de agrietamiento: 0.146 kg/cm²
Esfuerzo mínimo zona de agrietamiento: 0.067 kg/cm²
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ +
=2
ntoAgrietamieMínimoEsfuerzontoagrietamieMáximoEsfuerzotensióndeMáximoEsfuerzo
²106.0
2²
067.0²
146.0
cmkgcm
kgcmkg
tensióndeMáximoEsfuerzo =⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛ +=
Esfuerzo máximo a tensión: 0.106 kg/cm²
En la Tabla 7.4 se hace una comparación de los resultados de ensayos a tracción diagonal con
guayas del adobe.
mureteCarga
agrietamiento (kg)
Esfuerzo de agrietamiento
(kg/cm²)
Modulo Elastico utilizado (kg/cm²)
Esfuerzo de agrietamiento en
el modelo (kg/cm²)
1 1250 0.150 1,154 0.1062 820 0.102 1,154 0.0503 394 0.102 1,154 0.0484 615 0.153 1,154 0.0505 871 0.220 1,154 0.0536 857 0.220 1,154 0.0527 765 0.190 1,154 0.0498 526 0.133 1,154 0.0479 416 0.102 1,154 0.048
Tabla 7.4 Comparación de resultados ensayos a tracción
diagonal con guayas –adobe Módulo elástico promedio tapia: 1154 kg/cm²
Esfuerzo máximo de tracción tapia: 0.06 kg/cm²
En la Tabla 7.5 se muestran los parámetros de comportamiento propuestos para el adobe y la tapia
pisada.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
104
Material �orizonta De
Esfuerzos
Módulo elástico estático (kg/cm2)
Esfuerzo Agrietamiento
(kg/cm2)
Deformación de
Agrietamiento (%)
Esfuerzo Último
(kg/cm2)
Deformación Última (%)
Compresión 1154 9.80 0.99 13.28 1.51 Cortante 302 0.15 0.14 0.31 1.2
Adobe
Tracción indirecta
1150 0.06 0.17 0.21 1.41
Compresión 800 3.13 0.34 3.52 0.36 Cortante 314 0.22 0.45 0.5 1.3
Tapia
Tracción indirecta
800 0.21 0.36 0.26 1.52
Tabla 7.5
Parámetros propuestos de comportamiento del adobe y la tapia pisada
7.2 TEORÍA DE FALLA
Con base en el comportamiento antes del agrietamiento, se hicieron modelos analíticos que ayudan
a predecir el estado de agrietamiento. Este se define como el estado límite para efectos del diseño de
la rehabilitación, puesto que ambos materiales presentan un deterioro progresivo importante una vez
se presenta el agrietamiento.
Por ser un material de características frágiles, se usa una teoría de falla con base en el esfuerzo
principal de compresión y en el esfuerzo cortante resistente. Esta se llama criterio de falla de Mohr.
Como el material está generalmente sin refuerzo, no se considera el aumento de la resistencia al
cortante con un aumento en los esfuerzos de compresión. Además, las aceleraciones sísmicas
verticales disminuyen los esfuerzos de compresión. Por eso, para el diseño del reforzamiento, se
desprecia este efecto y solo se considera la resistencia al corte, no confinada.
Esfuerzo máximo para tapia: 0.21 kg/cm²
Esfuerzo mínimo para tapia: 2.67 kg/cm²
Esfuerzo máximo adobe: 0.06 kg/cm²
Esfuerzo mínimo adobe: 12.8 kg/cm²
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
105
En la Figura 7.8 a se muestra el diagrama de Mohr para la tapia pisada. En la Figura 7.8 b, se
muestra el criterio de falla de Mohr para este mismo material.
Diagrama de Mohr para tapia
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-3 -2 -1 0 1
σ (kg/cm²)
τ (kg/cm²)
Figura 7.8-a
Diagrama del criterio de mohr-tapia
Criterio de falla de Mohr para tapia
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
5
Figura 7.8 - b
Diagrama del criterio de falla de mohr-tapia
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
106
En la Figura 7.9 a se muestra el diagrama de Mohr para el adobe. En la Figura 7.9 b, se muestra el
criterio de falla de Mohr para este mismo material.
Diagrama de Mohr para adobe
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
-15 -10 -5 0 5
σ (kg/cm²)
τ (kg/cm²)
Figura 7.9-a Diagrama criterio de falla de mohr-adobe
Criterio de falla de Mohr para adobe
-15
-13
-11
-9
-7
-5
-3
-1
1
-14.5 -12.5 -10.5 -8.5 -6.5 -4.5 -2.5 -0.5 1.5S Máx
(kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.9-b Diagrama criterio de falla de mohr-adobe
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
107
7.2.1 Análisis de carga máxima para muros con carga paralela al plano
La teoría de falla se usa para calcular la máxima carga que los muros sometidos a carga paralela al
plano, que se muestran a continuación pueden soportar. El modelo analítico de estos muros se hizo
mediante el programa para análisis estructural, SAP 2000.
La parte superior del muro se somete a una carga oscilante sinusoidal, por medio de un actudaor
dinámico, que está en un marco de reacción. Se necesita conocer los esfuerzos máximos y mínimo
en el muro. Para esto se incrementará la carga en el modelo hasta llegar a los valores de esfuerzo
que se ubiquen dentro del área de falla. Figura 7.10.
Figura 7.10 Dimensiones y modelo en elemento finito
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
108
En la Figura 7.11 se muestra el montaje para el ensayo de carga paralela al plano.
Figura 7.11
Marco de pruebas-ensayo de carga paralela al plano
Figura 7.12
Distribución de esfuerzo máximo y mínimo para una carga horizontal de 500 kg y carga vertical de 7000 kg
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
109
Figura 7.12
Distribución de esfuerzo máximo y mínimo para una carga horizontal de 500 kg y carga vertical de 7000 kg
En la Figura 7.12, se muestran las zonas críticas, en cuanto a valores de esfuerzos máximos y
mínimos.
Figura 7.13 Distribución de esfuerzos máximos y mínimos –carga
horziontal 500 kg y carga vertical 7000 kg-zona 1
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
110
Figura 7.13
Distribución de esfuerzos máximos y mínimos –carga horziontal 500 kg y carga vertical 7000 kg-zona 1
Esfuerzo máximo superior: 1.20 kg/cm²
Esfuerzo máximo inferior: 0.00 kg/cm²
Esfuerzo máximo promedio: 0.60 kg/cm²
Esfuerzo mínimo superior: 0.00 kg/cm²
Esfuerzo mínimo inferior: -1.37 kg/cm²
Esfuerzo máximo promedio: 0.69 kg/cm²
Estos valores de esfuerzo se ubican en el diagrama de criterio de falla. En la figura 7.14 se puede
ver que para este nivel de carga, se presentará agrietamiento en la zona 1.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
111
Criterio de falla de Mohr para tapia
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.14 Criterio de falla en la zona 1 – carga horizontal
de 500 kg y vertical de 7000 kg En la Figura 7.15 se muestra la distribución de esfuerzos máximos y mínimos en la zona 2 para una carga vertical de 7000 kg, y una carga horizontal de 500 kg.
Figura 7.15 Distribución de esfuerzos máximos y mínimos para una carga
horizontal de 500kg y vertical de 7000 kg-zona 2
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
112
Figura 7.15
Distribución de esfuerzos máximos y mínimos para una carga horizontal de 500kg y vertical de 7000 kg-zona 2
Esfuerzo máximo superior: 0.98 kg/cm² Esfuerzo máximo inferior: 0.00 kg/cm² Esfuerzo máximo promedio: 0.49 kg/cm² Esfuerzo mínimo superior: 0.00 kg/cm² Esfuerzo mínimo inferior: -1.8 kg/cm² Esfuerzo mínimo promedio: -0.9 kg/cm² Estos esfuerzos se muestran en la Figura 7.16, donde se puede ver que para este nivel de carga, hay agrietamiento en la zona 2.
Criterio de falla de Mohr para tapia
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.16
Criterio de falla en la zona 2 –carga horizontal de 500 kg y vertical de 7000 kg
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
113
En la Figura 7.17 se muestra la distribución de esfuerzos máximos y mínimos en la zona 3, para una carga vertical de 7000 kg y una horizontal de 500 kg.
Figura 7.17 Distribución de esfuerzos máximos y mínimos en la zona 3-carga
vertical de 7000 kg y horizontal de 500 kg Esfuerzo máximo superior: 0.88 kg/cm² Esfuerzo máximo inferior: 0.00 kg/cm² Esfuerzo máximo promedio: 0.44 kg/cm² Esfuerzo mínimo superior: 0.00 kg/cm² Esfuerzo mínimo inferior: -1.6 kg/cm² Esfuerzo máximo promedio: -0.8 kg/cm² En la Figura 7.18 se muestran los esfuerzos máximos y mínimos n el diagrama de falla, donde se puede ver que para el nivel de carga en la zona 3, hay agrietamiento.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
114
Criterio de falla de Mohr para tapia
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.18
Criterio de falla zona 3 – carga vertical 7000 kg y horizontal de 500 kg
En la Figura 7.19 se muestra la distribución de esfuerzos máximos y mínimos en la zona 4 para una carga horizontal de 500 kg y vertical de 7000 kg.
Figura 7.19 Distribución de esfuerzos máximos y mínimos en la zona 4 –carga
vertical de 7000kg y horizontal de 500 kg
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
115
Figura 7.19 Distribución de esfuerzos máximos y mínimos en la zona 4 –carga
vertical de 7000kg y horizontal de 500 kg
Esfuerzo máximo superior: 0.85 kg/cm²
Esfuerzo máximo inferior: 0.00 kg/cm²
Esfuerzo máximo promedio: 0.42 kg/cm²
Esfuerzo mínimo superior: 0.00 kg/cm²
Esfuerzo mínimo inferior: -1.45 kg/cm²
Esfuerzo mínimo promedio: -0.72 kg/cm²
En la Figura 7.20 se muestra la ubicación de esfuerzos para la zona 4 en el diagrama de falla, donde
se puede ver que para el nivel de carga mencionado, habrá agrietamiento en la zona 4.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
116
Criterio de falla de Mohr para tapia
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.20
Criterio de falla en la zona 4 – carga vertical De 7000 kg y horizontal de 500 kg
En la Figura 7.21 se muestra la deformación de esfuerzos máximos y mínimos en la zona 5 para una
carga horizontal de 500 kg y vertical de 7000 kg.
Figura 7.21
Distribución de esfuerzos máximos y mínimos zona 5 – carga vertical de 7000 kg y horizontal de 500 kg
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
117
Figura 7.21
Distribución de esfuerzos máximos y mínimos zona 5 – carga vertical de 7000 kg y horizontal de 500 kg
Esfuerzo máximo superior: -0.22 kg/cm²
Esfuerzo máximo inferior: -0.37 kg/cm²
Esfuerzo máximo promedio: -0.295 kg/cm²
Esfuerzo mínimo superior: -1.30 kg/cm²
Esfuerzo mínimo inferior: -2.27 kg/cm²
Esfuerzo mínimo promedio: -1.79 kg/cm²
En la Figura 7.22 se muestra la ubicación de los esfuerzos de la zona 5 en el diagrama de falla. Se
puede ver que para este nivel de carga, la zona 5 no presentará agrietamientos.
Criterio de falla de Mohr para tapia
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.22
Criterio de falla en la zona 5-carga vertical de 7000 kg y horizontal de 500 kg
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
118
7.22 Muros con carga perpendicular a su plano
En la figura 7.23 se ilustra el muro usado en el modelo.
Figura 7.23
Muro usado en el ensayo de volteo y en el modelo El modelo se somete a cargas perpendiculares a su plano, incrementándose hasta lograr que la
superficie de falla coincida con la presentada en el modelo y con lo determinado por el criterio de
falla.
En la Figura 7.24 se muestra la deformada del muro para una carga de 750 kg.
Figura 7.24
Deformada del muro-carga de 750 kg En la Figura 7.25 se muestran los esfuerzos máximos y mínimos para un nivel de carga de 750 kg.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
119
Figura 7.25
Esfuerzos máximos y mínimos – carga de 750 kg
Esfuerzo máximo superior: 0.44 kg/cm²
Esfuerzo máximo inferior: 0.11 kg/cm²
Esfuerzo máximo promedio: 0.27 kg/cm²
Esfuerzo mínimo superior: -0.25 kg/cm²
Esfuerzo mínimo inferior: -0.25 kg/cm²
Esfuerzo mínimo promedio: -0.25 kg/cm²
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
120
En la Figura 7.26 se muestra la ubicación de los esfuerzos en el diagrama de falla, y se puede ver
que para el nivel de carga mencionado, habrá agrietamientos en la parte superior del muro.
Criterio de falla de Mohr para tapia
-15
-13
-11
-9
-7
-5
-3
-1
1
-15 -14 -12 -11 -9 -7.5 -6 -4.5 -3 -1.5 0 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.26
Criterio de falla en muros de volteo - carga vertical de 7000 kg y horizontal de 500 kg
7.2.3 Muros reforzados con madera - carga perpendicular a su plano
El refuerzo con elementos de madera controla las superficies de falla que se observan en los
ensayos de volteo sin refuerzo, y absorben refuerzos de tensión. Figuras 7.27 y 7.28.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
121
Figura 7.27
Muro con refuerzo usado para el ensayo de volteo y para el modelo
Figura 7.28
Deformada del muro-carga 750 kg
En la Figura 7.29 se muestran los esfuerzos máximos y mínimos para una carga de 750 kg.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
122
Figura 7.29
Esfuerzos máximos y mínimos – carga 750 kg
Esfuerzo máximo superior: 0.21 kg/cm²
Esfuerzo máximo inferior: 0.11 kg/cm²
Esfuerzo máximo promedio: 0.16 kg/cm²
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
123
Esfuerzo mínimo superior: -0.14 kg/cm²
Esfuerzo mínimo inferior: -0.14 kg/cm²
Esfuerzo mínimo promedio: -0.14 kg/cm²
En la Figura 7.30 se muestra la ubicación de los esfuerzos en el diagrama de falla, donde se puede
ver que para el nivel de carga que hay se generará una zona de agrietamiento en la parte superior del
muro.
Criterio de falla de Mohr para adobe
-15
-13
-11
-9
-7
-5
-3
-1
1
-15 -14 -12 -11 -9 -7.5 -6 -4.5 -3 -1.5 0 1.5
S Máx (kg/cm²)
S mín (kg/cm²)
Figura 7.30
Criterio de falla en muros de volteo - carga vertical de 7000 kg y horizontal de 500 kg
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
124
Figura 7.31
Zona de falla en el muro reforzado
En la Tabla 7.6 se muestran las cargas de agrietamiento para los diferentes ensayos, estimadas
mediante la teoría de falla y comparadas con las obtenidas en el laboratorio.
TEORIA DE FALLA PROPUESTA
RESULTADOS EXPERIMENTALES
MATERIAL TIPOS DE ENSAYO Carga de
Agrietamiento
Deformación de
agrietamiento
Carga de Agrietamiento
Deformación de
agrietamiento Adobe Tracción
Diagonal 875 0.16% 743 kg 0.11%
Adobe Paralelo al plano
1740 0.05% 1650 kg 0.03%
adobe Volteo 700 kg N/A 1620 N/A Tapia Tracción
Diagonal 1950 kg 0.13% 1750 kg 0.19%
Tapia Paralelo al plano
1950 kg 0.1% 1834 kg 0.1%
Tapia Volteo 1805 kg N/A 2880 N/A
Tabla 7.6 Cálculo de cargas y deformaciones de agrietamiento
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
125
7.3 DISEÑO SIMPLIFICADO DE REHABILITACIÓN CON ELEMENTOS DE MADERA
CONFINANTES
El siguiente paso consiste en diseñar el esquema de rehabilitación con elementos de madera
confinantes. Esto no se puede hacer por medio de modelos analíticos porque no representan
adecuadamente la acción de los elementos confinantes sobre la estructura. Por eso, se debe recurrir
al uso de fórmulas simplificadas.
El refuerzo debe centrarse principalmente para los efectos de flexión. Para esto debe hacer un
reforzamiento directo de la capacidad a flexión del muro en sentido perpendicular al plano, y que
dicho esquema de reforzamiento genere restricción lateral en los apoyos o extremos del muro.
La resistencia al corte de los muros reforzados, se puede estimar usando las fórmulas simplificadas.
El procedimiento para el diseño de las rehabilitaciones es el siguiente:
• Avalúo de cargas mediante un modelo analítico, que considera si hay o no un diafragma
rígido.
• Determinación de las fuerzas actuantes, en los elementos de soporte principales. Estas
incluyen las cargas gravitacionales actuantes como las cargas perpendiculares y
horizontales al plano del muro.
• Determinación de fuerzas cortantes y momentos flectores, en el plano y fuera de él. Para el
cálculo de los momentos fuera del plano se deben tener en cuenta los efectos inerciales
directos sobre la masa del muro.
• Combinaciones de carga:
0.9 D ± 1.0 Ex ± 0.3 Ey ± 0.3 Ez 0.9 D ± 0.3 Ex ± 1.0 Ey ± 0.3 Ez 0.9 D ± 0.3 Ex ± 0.3 Ey ± 1.0 Ez
1.05 D ± 1.0 Ex ± 0.3 Ey ± 0.3 Ez 1.05 D ± 0.3 Ex ± 1.0 Ey ± 0.3 Ez
1.05 D ± 0.3 Ex ± 0.3 Ey ± 1.0 Ez
Para la fuerza sísmica, los espectros tomados del estudio de micro zonificación sísmica deben
dividirse por un factor de 1.4.
• Para los momentos actuantes fuera del plano primero se determina el ancho de análisis
así:
b eff = menor de (2 h, 1.0 m, lm )
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
126
donde h = espesor del muro,
lm = espaciamiento entre elementos de madera confinantes
Luego se hace el análisis a flexión de una sección de dos materiales, con compatibilidad de
deformaciones en flexión, mediante la teoría de áreas transformadas, usando la siguiente
relación modular:
adobe
madera
EEn = o
tapia
madera
EEn =
El valor de n se debe aproximar al entero más cercano.
Elementos de varios materiales – sección transformada
Se plantea la relación entre las deformaciones del material y los esfuerzos internos de este,
considerando un comportamiento lineal, la isotropía y la homogeneidad de los materiales.
Se analiza la sección de varios materiales mediante la sección transformada de un solo material,
multiplicando el área del material 2, por la relación entre los esfuerzos y deformaciones entre ambos
materiales.
1
2
Eje Neutro
1
2
n A2
≈
A2
1
2EEn =
Donde E es la relación entre el esfuerzo y la deformación del material en el rango elástico.
En este caso, para una sección reforzada con madera a tensión y a compresión, se tienen las
siguientes ecuaciones:
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
127
Refuerzo de Madera Muro Refuerzo de Madera
Ecuaciones:
Esfuerzos para el refuerzo a tensión:
admisiblemadmad
mad fdjA
Mf ,··≤=
Donde Amad es el área de la madera a tensión.
Esfuerzos para el refuerzo a compresión:
admisiblemadmadmad fkddk
ff ,' '
1
'
≤−
−=
Esfuerzos de compresión en el muro:
admisiblemm fjkbd
Mf ,'²
2' ≤=
Donde 3
1 kj −= , )ρ'ρ()d'ρ'ρd(2)²ρ'ρ²( +−−++= nhnnk
- M es el momento actuante sobre la sección de análisis
- b es el ancho de la cara a compresión del elemento, en mm.
- d es la distancia de la fibra extrema en compresión al centroide del refuerzo en tensión, en mm.
- d’ es la distancia de la fibra extrema en compresión al centroide del refuerzo en compresión, en
mm.
- ρ es la cuantía de refuerzo en tensión, ρ = A madera a tensión / (beff*h)
- ρ’ es la cuantía del refuerzo a compresión, ρ = A madera a compresión / (beff*h)
- h es el espesor del muro
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
128
También se pueden usar programas de análisis de secciones combinadas disponibles, que al menos
tengan los mismos supuestos anteriores.
Los esfuerzos calculados deben ser menores que los admisibles. Los esfuerzos admisibles para la
madera se pueden obtener de la NSR-98, en el título G según el tipo de madera. Los del adobe y la
tapia deben ser los calculados experimentalmente.
Esfuerzo admisible madera tipo C = 75 kgf/cm²
Esfuerzo admisible adobe = 6.40 kgf/cm²
Esfuerzo admisible tapia = 1.85 kgf/cm²
Si los esfuerzos calculados son superiores a los admisibles, se deben considerar mayores
dimensiones para los elementos de madera, una madera de mejor calidad o una disminución en los
espaciamientos entre elementos de madera confinantes.
Se debe hacer una verificación de transferencia de cortante entre los pernos y el muro, usando la
siguiente fórmula:
t
b
h
admisiblevv FSthbt
thVF,)²(3²
)(6 ≤++
+=
pernoypernoadmisiblev FAF ,,··4.0=
Donde S es la separación entre pernos.
Se debe verificar la restricción al movimiento transversal de los apoyos de los muros, la cual está
dada por la continuidad de los elementos confinantes de madera que van en sentido horizontal. Se
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
129
debe garantizar la transferencia de momento en el apoyo y el perno debe resistir dicho momento.
Esto se comprueba con la siguiente ecuación:
fs = M / Asd (0.7) < fs adm
Donde fs = esfuerzo actuante el perno de acero
M = momento el apoyo suponiendo empotramiento
As = área del perno de acero
d = distancia desde el perno hasta la fibra de compresión
fs adm = esfuerzo admisible del perno = 0.5 Fy
Se deben verificar los efectos de flexión en dirección paralela al plano, directamente para el muro
sin la consideración del refuerzo. El muro debe resistir los momentos flectores en el plano,
combinados con las cargas verticales actuantes.
Se deben verificar los esfuerzos cortantes en el plano, y fuera del plano.
7.4 RECOMENDACIONES DE REFORZAMIENTO MÍNIMO NOMINAL
Existen una serie de requisitos mínimos nominales, con los que se puede hacer la rehabilitación de
una vivienda con características definidas sin necesidad de seguir todo el procedimiento
mencionado anteriormente. El objetivo de estas medidas de rehabilitación, no está centrado en la
protección de la propiedad ni en la minimización de los daños, pues esto requiere una mayor
intervención. Las medidas propuestas están dirigidas a la rehabilitación de viviendas existentes y no
a la construcción de nuevas viviendas.
Se establecen los siguientes requisitos mínimos:
- Máximo dos pisos, cada uno con altura libre de 2.5 m.
- Muros en las dos direcciones principales, en densidades de al menos 40%.
- Intersecciones de muros trabadas entre sí.
- Longitudes libres de muros, máximo 5.0 m.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
130
Las viviendas pueden ser construidas en cualquier zona sísmica del país.
7.5 CASO DE APLICACIÓN
7.5.1 Descripción
Se usó una vivienda real ubicada en La Candelaria. Tiene un área construida de 1080 m², dos pisos
y está construida en adobe.
Figura 7.32
Modelo de análisis
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
131
Para cuantificar las densidades de los muros en el primer piso, se usaron las siguientes fórmulas:
AAD
AAD
AAD
m
ymy
xmx
=
=
=
,
,
Donde:
Dx = densidad de muros en la dirección x
Dy = densidad de muros en la dirección y
D = Densidad de muros total en la edificación
Amx = Área de muros principales en la dirección x
Amy = Área de muros principales en la dirección x
A = Área construida en planta para un piso
Material Tipo de Edificación Dx Dy D Adobe Caso de Estudio 0.054 0.096 0.15
Adobe Vivienda a escala sometida a ensayo
0.20 0.20 0.40
Tapia Vivienda a escala sometida a ensayo
0.20 0.20 0.40
Tabla 8.7
Índice de densidad de muros
7.5.2 Modelo analítico detallado
Para la vivienda seleccionada se hizo un modelo analítico en SAP 2000. En el modelo se incluye la
totalidad de la masa de la edificación.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
132
Figura 7.33
Modelo de análisis
Figura 7.34
Modos de vibración
Modo de vibración 1, periodo = 0.57 s, participa el 13.4% de la masa en X.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
133
Figura 7.34 Modos de vibración
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
134
Modo de vibración 3, periodo = 0.41 s, participa el 11.7 % de la masa en Y.
Figura 7.34
Modos de vibración
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
135
Modo de vibración 3, periodo 0.32 s, participa el 13% de la masa en X.
Figura 7.34 Modos de vibración
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
136
Para considerar los efectos sísmicos se usó el siguiente espectro de diseño, con un periodo de
retorno de más o menos 500 años, con una probabilidad de excedencia del 10%.
Espectro de Diseño
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5 6
Periodo (seg)
Ace
lera
ción
(gals
)
Figura 7.35
Modos de vibración
Para el análisis se usaron las siguientes combinaciones:
0.9 D ± 1.0 Ex ± 0.3 Ey ± 0.3 Ez 0.9 D ± 0.3 Ex ± 1.0 Ey ± 0.3 Ez 0.9 D ± 0.3 Ex ± 0.3 Ey ± 1.0 Ez
1.05 D ± 1.0 Ex ± 0.3 Ey ± 0.3 Ez 1.05 D ± 0.3 Ex ± 1.0 Ey ± 0.3 Ez 1.05 D ± 0.3 Ex ± 0.3 Ey ± 1.0 Ez
El espectro sísmico se divide por 1.4 para convertir las fuerzas en esfuerzos de trabajo.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
137
7.5.3 Resultados del modelo
Figura 7.36 Forma deformada de la estructura
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
138
Figura 7.36
Forma deformada de la estructura
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
139
En la Figura 7.37 se muestra la distribución de esfuerzos principales en algunos elementos críticos
de la edificación.
Esfuerzos a lo largo del muro (tonf/m²)
Esfuerzos sobre la altura del muro (tonf/m²)
Figura 7.37 Estado de esfuerzos en el muro
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
140
Esfuerzos a lo largo del muro
Esfuerzos sobre la altura del muro
Figura 7.37 Estado de esfuerzos en el muro
Esfuerzos a lo largo del muro
Figura 7.38 Estado de esfuerzos en la fachada frontal
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
141
Esfuerzos sobre la altura del muro
Figura 7.38 Estado de esfuerzos en la fachada frontal
7.5.4 Aplicación de la teoría de falla
Con base en la teoría de falla se le hizo un análisis a los elementos críticos de la edificación, en las
zonas donde se presentaron situaciones de riesgo. Se concluyó que la vivienda probablemente
sufrirá daños serios con eventualidad de colapso parcial o total en los muros de fachada y en la
cubierta. Esto se debe a los esfuerzos normales al plano de los elementos principales.
7.5.5 Diseño de medidas de rehabilitación
Para la rehabilitación de la vivienda se tomó un caso específico de uno de los muros críticos, que
presentó altos esfuerzos de flexión perpendiculares al plano. Para un muro de longitud 5.34 metros
y ancho de 50 cm, el momento a lo largo del muro es el siguiente:
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
142
Momento en la altura del muro:
Figura 7.39
Momento a lo largo del muro
En momento actuante máximo en el muro es del orden de 1.1 T.m en dirección vertical, y de 2.5 T
en dirección horizontal. Para el análisis de momentos fuera del plano, se debe determinar el ancho
de análisis así: debe ser el menor entre 2h, 1.0m, lm.
- Para el análisis a flexión de una sección de dos materiales se encontró que n = 94
- Los esfuerzos para el refuerzo a tensión = 14.9 < admisible (cumple)
- Esfuerzos para el refuerzo a compresión = 11 < admisible (cumple)
- Esfuezos de compresión en el muro = 0.54 < admisible (cumple)
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
143
- Verificación de transferencia de cortante entre pernos y muro =
admisiblevv FSthbt
thVF,)²(3²
)(6 ≤++
+=
- Verificación de los efectos de flexión en dirección paralela al plano
- Verificación de los esfuerzos cortantes en el plano y fuera del plano
Figura 7.40 Colocación del refuerzo en el muro analizado
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
144
8. CONCLUSIONES
De acuerdo al informe de la Universidad de los Andes Estudios de vulnerabilidad sísmica y
alternativas de rehabilitación para edificaciones en adobe y tapia pisada, tanto el refuerzo con malla
de acero como el refuerzo con madera aumentan la capacidad de carga y de deformación,
disminuyendo la vulnerabilidad sísmica de las casas construidas en estos materiales, mientras que
las casas sin ningún refuerzo, tienen muy poca resistencia a un sismo.
Se puede concluir entonces, que las alternativas de rehabilitación propuestas si mejoran la
resistencia ante un sismo de este tipo de casas. Además cumplen con el objetivo, que es mantener
un equilibrio entre seguridad y preservación, ya que esto no requiere ningún cambió visible en las
casas y disminuye la vulnerabilidad sísmica.
Por otro lado, estos tipos de rehabilitación solo pueden ser usados en casas ya existentes puesto que
la Norma NSR-98 prohíbe construir con este tipo de materiales por su baja tolerancia sísmica.
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
145
BIBLIOGRAFÍA
1 Adobe and Rammed Earth Buildings Paul Graham McHenry, Jr 1989 2 Adobe that survives Earthquake Sophie Arie 2001 3 Advances in Seismic Research of Adobe
Houses Mardonio Euscatigue, Rafael Torres, Carlos
Cuadra, Oscar Miranda 1993
4 A monotonic Lateral Loading test of Adobe Wall Specimens
Susumu Fujimatsu 1989
5 Análisis de Muros Verticales de Adobe Julio Vargas Neumann 1976 6 Behavior of Adobe Shear Wall Jorge Gallardo Tapia 1986 7 Cartilla de Pruebas de campo para la
selección de tierras en la fabricación de adobes
Luis Enrique Hernández, José Antonio Márquez 1983
8 Comportamiento ante el terremoto del 23-06-2001 de las viviendas de Adobe Reforzadas en Moquegua, Tacna y Arica
Luis Zegarra, Angel San Bartolomé, Daniel Quiun 2001
9 Construcción con Tapial ININVI 1989 10 Criterios de intervención y
recomendaciones de diseño a sismo en las estructuras de patrimonio histórico
Antonio Mas-Guindal ----
11 Dynamic Test of Adobe building model: Preliminary Report
Charles Scawthorn 1985
12 Earthquake Resistance Provisions for Adobe Constructions in Peru
Juan Bariola, Julio Vargas, Daniel Torrealva, Gianfranco Ottazzi
1988
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
146
13 Ensayos de Simulación Sísmica de Viviendas de Adobe
Giangranco Ottazzi, Juan Yep, Marcial Blondet, Gladys Villa-García, Juan Cinocchio C.
1989
14 Evaluación Experimental de procedimientos para reforzar vivienda de adobe y hacerla resistente ante la acción sísmica
Dr. Oscar Hernández Basilo 1983
15 Experimental Evaluation of Strengthening methods on low cost masonry houses for seismic actions
Oscar Hernández 1982
16 Habiterra: Exposición iberoamericana de construcciones con tierra
Varios 1995
17 Improving Earthquake Resistance of Earthen Buildings – Guidelines
Indian Standard 1993
18 Improving the moisture Resistance of Adobe Structures
Ernesto Heredia, Juan Bariola, Julio Vargas, Provindar Mehta
1987
19 Manual Técnico para el reforzamiento de las viviendas de adobe existentes en la costa y la sierra
Luis Zegarra, Angel San Bartolomé, Daniel Quiun, Alberto Giesecke
----
20 Memorias: Seminario Latinoamericano de construcciones en Tierra en Áreas Sísmicas
Varios 1983
21 Norma Técnica de Edificación NTE E. 080 ADOBE
Código Peruano 1999
22 Nuevas Casas existentes de Adobe Pontificia Universidad Católica del Perúa ---- 23 Preservación de las construcciones de
Adobe en Zonas Lluviosas Julio Vargas, Ernesto Heredia, Juan Bariola,
Provindar Mehta 1986
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
147
Adobe en Zonas Lluviosas Provindar Mehta
24 Reconditioning of existing adobe housing to mitigate the effects of earthquakes
L Zegarra, A. Giesecke 1993
25 Reforzamiento de Viviendas de Adobe Existentes
Luis Zegarra, Daniel Quiun, Angel San Bartolomé, Alberto Giesecke
----
26 Reforzamiento de Viviendas de Adobe Existentes: Primera y Segunda Parte
Luis Zegarra, Daniel Quiun, Angel San Bartolomé, Alberto Giesecke
----
27 Reinforcement of existing Adobe Houses (Internet)
Luis Zegarra, Daniel Quiun, Angel San Bartolomé, Alberto Giesecke
2000
28 Resistencia Sísmica de la Mampostería de Adobe
Julio Vargas Neumann, Juan Bariola, Marcial Blondet
1984
29 Seismic Capacity and retrofitting of Adobe Construction
Raúl Vera, Angel Albiter, Sandra Miranda 2000
30 Seismic Stabilization of Historic Adobe Structures
Tolles, Kimbro, Webster, Ginell 2000
31 Seismic Tests of Adobe Walls J. Bariola, A. Sozen 1990 32 Shaking Table Tests of Improved Adobe
Masonry Houses Gianfranco Otazzi, Juan Yep, Marcial Blondet,
Gladys Villa-García, Juan Ginocchio 1988
33 Strengthening of Adobe Houses for Seismic Actions
Roberto Meli, Oscar Hernández, Marciano Padilla 1980
34 Tesis: Construcción con Tierra Ingrid Montaño H. 1986 35 Tesis: Construcción en Tierra Clara Inés Ramírez 1986 36 Tesis: Construcciones en Tapia Pisada David Rojas Melo 1985 37 Tesis: Técnica de Construcción en Tapia
Pisada Fabio Alberto López Barrera 1986
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
148
38 Vivienda rural en Adobe Julio Vargas Neumann 1978 39 Código de Construcciones de adobe de
Nuevo México Nuevo México 1991
40 Viviendas de tierra Marco Silva Lindo 1995 41 Dissemination of adobe technology in a
house reconstruction program Juan Vargas Neumann, Daniel Torrealba 1986
42 Revisión del documento de reparación de construcciones en adobe, tapial, ladrillo y bloques de suelo cemento
Daniel Rojas Mora 1999
43 Evaluation, rehabilitation, and innovative, design procedures for masonry structures
Gregorian Zareh
44 Defectos encontrados en las rehabilitaciones de adobe en las visitas realizadas a los deptos de Tacna, Ica, La Libertad y Cusco
45 Reconditioning of existing adobe houses to mitigate earthquake effects
Giesecke Alberto, Luis San Bartolomé
46 Manual de construcción, evaluación y rehabilitación sismo-resistente de viviendas de mampostería
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS
2001
47 Estudio experimental y analítico de modelos a escala reducida de mampostería confinada sometidos a cargas laterales
David Pulido Hernández 1991
48 Cómo reparar casas de tapia Comisión técnica de solidaridad con Urrao Marco Alberto Jaramillo
1992
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
149
49 Buildings of earth and straw. Structural design for Rammed Earth and Straw-Bale Architecture
Bruce King 1996
50 Adobe Build It Yourself Paul Graham Mc. Henry Jr. 1998 51 Build with Adobe Marcia Southwick 1994 52 The Adobe Book John F. O Connor 1973 53 The Rammed Earth House David Easton 1996 54 Ley 400 de 1997 y Decreto 33 de 1998 y
34 de 1999, Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismorresistente, NSR-98
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS
1998
55 Proyecto Microzonificación Sísmica de Santafé de Bogotá. Subproyecto No 11 Zonificación Sísmica, Santafé de Bogotá, Colombia Noviembre de 1996.
Oficina para la Prevención de Emergencias OPES, Dirección Nacional para la Prevención y Atención de Desastres DNPAD, INGEOMINAS, UNIANDES.
1996
56 Ingeniería Sísmica Alberto Sarria 1990 57 Introducción a los Métodos Geofísicos en
la Ingeniería Civil Alberto Sarria 1991
58 Microzonificación Sismogeotécnica de Popayán
Comunidad Económica Europea- Ingeominas – Universidad de los Andes
1984
59 Estudio General de Amenaza Sísmica de Colombia, AIS, 1997.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS
1997
60 Estimación del riesgo sísmico en la República de Colombia, Tesis de Maestría, UNAM
Mauricio Gallego 2000
ALTERNATIVAS DE REHABILITACIÓN SÍSMICA PARA EDIFICACIONES EN ADOBE Y TAPIA PISADA EN EL BARRIO LA CANDELARIA DE BOGOTÁ
150
61 Avances en Ingeniería Sísmica con aplicaciones para Colombia; CITEC, Universidad de los Andes
Mauricio Gallego y Luis Yamin 2002