Revista Ingenierías Universidad de Medellín

ISSN: 1692-3324

revistaingenierias@udem.edu.co

Universidad de Medellín

Colombia

Páez- M, Diego Fernando

Comportamiento de la mampostería bajo esfuerzos cortantes debido a efectos sísmicos

Revista Ingenierías Universidad de Medellín, vol. 5, núm. 8, enero- junio, 2006, pp. 91-104

Universidad de Medellín

Medellín, Colombia

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

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Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

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COMPORTAMIENTO DE LA MAMPOSTERÍABAJO ESFUERZOS CORTANTES DEBIDO A

EFECTOS SÍSMICOSDiego Fernando Páez-M*

RECIBIDO: 25/11/2005ACEPTADO: 12/05/2006

RESUMEN

En el presente trabajo se evalúa la incidenciatanto de las unidades mampuestas como del es-pesor de junta, en el comportamiento de la mam-postería no reforzada, característica de la ciu-dad de Tunja, cuando se ve sometida a esfuer-zos cortantes a causa de eventos sísmicos. Seencontró que la resistencia al corte se veinfluenciada por la rugosidad de los ladrillos puesafecta la adherencia entre la pieza y el mortero.Se observó una incidencia notable del espesorde pega vertical en los muros de bloque N°5,pues aquellos con pega vertical prácticamentedoblaron en resistencia a los muros sin pegavertical. Las distorsiones angulares registradasestán por debajo de 0.5%, valor estipulado en laNSR-98. Además de las variables estudiadas, elcomportamiento a cortante de la mamposteríadepende de otros parámetros que se recomien-da tener en cuenta.

Palabras clave

Mampostería, resistencia al corte, deriva, distor-sión, compresión diagonal, ladrillo, bloque, es-pesor de junta.

ABSTRACT

This project evaluates the incidence of boththe masonry units and the joint thickness, inthe behavior of unreinforced masonry, charac-teristic of the city of Tunja, when is subjectedto shear stresses due to seismic events. It wasfound that the shear resistance is influencedby the roughness of the bricks because itaffects the adherence between the units andthe mortar. A remarkable incidence of the head-joint thickness was observed in the walls madeof blocks N°5, because those practicallydoubled in resistance the walls without headjoints. The inter-storey drifts registered arelower than 0.5%, which is the value specifiedby the NSR-98. Appart from the variablesconsidered in this research, it was found thatthe shear behavior of the masonry dependson other parameters that it is recommended totake into account.

Key words

Masonry, shear strength, interstorey-drift, diago-nal compression, brick, block, head-jointthickness.

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

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Introducción

En la mayoría de las ciudades o regiones del paísno se siguen normas técnicas propias para eldiseño y construcción de estructuras de mam-postería, siendo de uso obligatorio las especifi-cadas por las Normas Colombianas de Construc-ción Sismorresistente, NSR-98. Entre los princi-pales inconvenientes que conlleva el no acataresta normativa, se encuentra el desconocimien-to de las propiedades mecánicas de los materia-les empleados en cada región, en particular delos morteros y unidades macizas o huecas utili-zados en la construcción.

Teniendo en cuenta que para comprender el com-portamiento de cualquier sistema estructural serequiere, como punto de partida, poseer conoci-miento de los materiales que lo componen, esteestudio pretende aportar conocimiento respectoal comportamiento mecánico de la mampostería(especialmente de la zona de estudio) cuando seve sometida a esfuerzos de corte. El presente tra-bajo inició con la aplicación de una encuesta enbarrios ubicados en la zona geológicamente másvulnerable de la ciudad de Tunja, con el fin de esta-blecer inicialmente el tipo de unidades mampuestasy los espesores de mortero de pega más utiliza-dos, definiendo la configuración geométrica típicade los muros, de manera que éstos representaranla mampostería característica de la zona.

Con base en este diagnóstico previo, se constru-yeron 16 muros de 1.2m de longitud por 1.2mde altura, en los que se utilizaron materiales fa-bricados localmente y ensamblados con manode obra local.

Se realizaron ensayos de compresión diago-nal utilizando como variables el tipo de unidady el espesor de pega, con el fin de observar la

incidencia de estas variables en el comporta-miento a corte de la mampostería y desarrollaruna expresión matemática que reflejara estecomportamiento.

Este trabajo proporciona una base para la evalua-ción de la vulnerabilidad sísmica presente en lasviviendas que poseen muros de mamposteríacomo sistema estructural y, por consiguiente,contribuye a la disminución de riesgos de falla,con el fin de mitigar las posibles tragedias provo-cadas por un evento sísmico en la ciudad de Tunja.

Definiciones iniciales

La mampostería se define como un conjunto depiezas unidas entre sí, mediante un material comoel mortero de barro o de cemento; las unidadespueden ser naturales (piedras) o artificiales (ado-be, tabiques, bloques) (Aguilar & Alcocer, 2001).

Aunque los muros de mampostería pueden tra-bajar como elementos estructurales y no estruc-turales; la investigación desarrollada en este tra-bajo tan sólo considera el comportamiento demuros no reforzados que frecuentemente nocumplen los capítulos D1, D2, D3 y D4 de laNSR-98, pero que trabajan como componentesestructurales.

Muros estructurales. Son aquellos que ade-más de soportar cargas verticales (muertas y vi-vas), resisten las fuerzas horizontales causadaspor sismo o viento, correspondientes a la edifi-cación. La capacidad de carga de un muro vie-ne determinada por la resistencia de los mate-riales utilizados, sus proporciones, las condicio-nes de borde de los elementos estructurales y lacapacidad de éste para resistir las fuerzas inter-nas que surgen (Fisher, 1976).

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Tabla 1. Propiedades geométricas y físicas de los tipos de unidadesutilizadas en las muestras

Mampostería no reforzada. De acuerdo conla definición que proporciona la NSR-98, la mam-postería no reforzada, es aquella que se cons-truye con base en piezas de mampostería uni-das por medio de mortero. Ésta sólo puede uti-lizarse como sistema de resistencia sísmica enaquellas regiones de amenaza sísmica baja, don-de el valor de Aa es menor o igual a 0.05g. Estesistema estructural se clasifica, para efectos dediseño sismo resistente, como uno de los siste-mas con capacidad mínima de disipación deenergía en el rango inelástico (DMI).

Recolección de información

Para caracterizar los muros que actúan como ele-mentos estructurales en las edificaciones demampostería (de 1 y 2 pisos) en Tunja, se realiza-ron visitas de campo con el fin de recopilar lainformación requerida para tal fin. Previamentese diseñó un formato de encuesta para registrarla información (anexo A). Las encuestas se reali-zaron durante una semana en diversos barriosde la Ciudad, ubicados dentro de la zona geológi-camente más vulnerable a la actividad sísmica(Agudelo y Castro, 1999). Los barrios encuesta-dos fueron: Altamira, Bello Horizonte, La Calleja,El Carmen, La Fuente, Kennedy, El Milagro, San

Lázaro y Los Trigales. Se visitaron 80 viviendasde manera aleatoria, en cada una de ellas serecogió la información necesaria, tomando medi-ciones y llenando encuestas con la información su-ministrada por los habitantes del sector. Además,se visitaron juntas de acción comunal de algunosbarrios y se consultó a los maestros constructoresdel sector para complementar la información.

Esta información se utilizó para definir la confi-guración geométrica de los muros, necesaria parael desarrollo de los ensayos de laboratorio. Elanálisis de la información recolectada se presentaa continuación.

Proceso experimental

Se realizaron tres tipos de ensayos: compresiónde unidades, compresión de prismas y compre-sión diagonal de prismas.

Compresión de unidades: en este ensayo sedetermina la resistencia a compresión de unida-des (f´cu), la cual permite dar un estimativo de lacalidad de los materiales. Se desarrollaron 9ensayos por cada tipo de unidad, ladrillo toleterecocido (chircal), ladrillo prensado y bloque N°5 (Tabla 1).

Unidad Dimensiones (cm.) Peso (Kg.) f´cu (MPa.)

Alto Ancho Largo

tolete recocido chircal 7.0 11.0 22.0 3.12 15.75tolete prensado 6.6 12.2 24.5 3.81 20.82

bloque No.5 19.7 11.6 30.0 6.37 7.05

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Figura 1. Ladrillo Tolete Chircal defectuoso.

Compresión de prismas: en este ensayo sedetermina la resistencia a la compresión de pris-mas (f´m), valor fundamental para determinaralgunas propiedades de la mampostería. Se ela-boraron 18 prismas repartidos en 6 modelos quetienen como variables el tipo de unidad y espe-sor de junta horizontal (1.5 y 2.0 cm) (Tabla 2).

Tabla 2. Configuración de prismas para ensayode compresión (f’m).

Figura 2. Falta de uniformidad de losespesores de las juntas (1 a 3 cm.).

Modelo Número Unidad Espesor Juntade prismas Horizontal (cm)

1 3 Tolete Chircal 1.52 3 Tolete Chircal 2.03 3 Tolete Rubí 1.54 3 Tolete Rubí 2.05 3 Bloque Nº 5 1.56 3 Bloque Nº 5 2.0

Compresión diagonal: el ensayo consiste enaplicar carga de compresión a lo largo de unade sus diagonales. Para el desarrollo de esteensayo se tuvo como referencia la norma ASTME 519-81 “Diagonal Tensión (shear) in MansoryAssemblages”. Sin embargo, debido a que en ellaboratorio de ingeniería civil de la UniversidadPedagógica y Tecnológica de Colombia no sedispone del equipo sugerido por la norma, fuenecesario diseñar un montaje que se adecue alos objetivos del ensayo (Figura 3).

Figura 3. Ensayo de compresión diagonal.

Montaje de la máquina: La carga de compre-sión diagonal se aplicó a través de un sistema deángulos y poleas; en una de las esquinas inferioresdel muro se colocó uno de los apoyos que consis-te en un ángulo de acero que sirvió de reacción almuro, pues contra este ángulo se comprime elmuro; por tal razón, fue indispensable taladrar elpiso para atornillar y fijar el apoyo (Figura 4).

Una vez colocado el apoyo fijo, se instaló otroángulo en la esquina inferior libre, con el objetode dar mayor estabilidad al muro. Este ángulo seajustó con pequeñas platinas en las caras latera-les del muro pero no se fijó al piso. Entre las platinas

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y el muro se colocó caucho para que al ajustar elsistema no se provocaran cortes en el muro o rom-pimiento de las piezas de mampostería.

Figura 4. Ensayo instalación del apoyo fijo enuna de las esquinas del murete para el ensayo

de compresión diagonal.

Posteriormente se procede a instalar un ángulode acero para transmitir la carga al muro. Esteángulo se ajustó con una platina triangular a cadalado del muro, con el fin de centrar el gato decarga y el ángulo con relación al muro. A conti-nuación se atornilló el gato de carga al ángulode acero de manera que el gato quedara alineadocon la diagonal del murete a ensayar (Figura 5).

Figura 5. Ángulo de acero transmisor de cargacolocado en una de las esquinas superiores

del muro

Una vez instalados los tres ángulos, se procedióa tensar la guaya que envuelve todo el sistema.Es recomendable tensar aplicando carga hastauna tonelada con el fin de que el sistema se ajustey así evitar que los deformímetros registren mo-vimientos de acomodación. De acuerdo conexperimentaciones hechas en el anteproyectopara preparar este ensayo, se presenta una de-formación apreciable de acomodo del sistema queprobablemente esté asociada con el grado detensión de la guaya, los espacios que quedanentre el muro y los ángulos, la transmisión defuerza inicial gato-guaya y el acomodo de loscauchos. Esta situación definía la necesidad decolocar una precarga de aproximadamente deuna tonelada, punto en el cual se considera queel sistema comienza a solicitar efectivamente elmurete ensayado. De no aplicar esta precarga,es posible que la deformación presente valoresexcesivos que no correspondan a la respuestaefectiva del murete

Después de tener erigido todo el sistema de car-ga, se instalaron los deformímetros, con el obje-to de registrar los movimientos del muro en di-rección horizontal, vertical y diagonal. Se utiliza-ron cuatro deformímetros, tres de ellos de preci-sión 0.0001” y uno de 0.001”.

Para corroborar los datos de deformación en laesquina libre, se ubicó un nivel de precisión auna distancia perpendicular al muro entre 2.5my 3.0 m. Para registrar las deformaciones, secolocó papel milimetrado en esta esquina supe-rior libre del muro, de manera que al deformarsefuera posible obtener una lectura de desplaza-miento sobre el papel milimetrado. Para regis-trar el tipo de falla, la forma como esta ocurre yen el momento exacto en que ésta se presenta,se ubicó una cámara de vídeo a una distanciaprudente y perpendicular al muro.

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Procedimiento de ensayo: se aplicó una car-ga inicial para ajustar el sistema (aproximada-mente una tonelada), luego se descargó; se co-locaron todos los aparatos de medida en cero ynuevamente se aplicó carga; cada 0.5 ton sedetuvo la carga por unos instantes y se tomaronlas lecturas respectivas (deformímetros,manómetros y nivel). La aplicación de carga con-tinua y las deformaciones que se presentan seregistran a través del nivel de precisión. La car-ga controlada se aplica hasta conseguir la falladel muro (Figura 6).

Figura 6. Ensayo de compresión diagonal.

Se elaboraron 16 muros contenidos en ochomodelos, en los que varía tanto el tipo de unidadcomo el espesor de junta horizontal y vertical(Tabla 3).

La resistencia a corte de la mampostería (v’m) de-

pende tanto de la carga última como del área netadel promedio de las diagonales del murete (ASTME 519-81), tal como se especifica a continuación:

Ecuación (1)

Donde:v’

m: Esfuerzo cortante sobre área neta ( )

Pu: Carga de rotura (Ton)

An: Área neta del espécimen (m2)

Ecuación (2)

Donde:W: Altura del murete (m).h: Ancho del murete (m).t: Espesor total del murete (m)n: Porcentaje de área que es sólida de la uni-dad, expresado en decimal

Es importante resaltar que existen otras metodo-logías para el cálculo de este esfuerzo como lasdadas por Turnsek & Cacovic (1971) o Mann andMüller (1980), pero se sale del alcance de estetrabajo la comparación entre éstas y se tomacomo referente la presentada en la norma ASTME 519-81.

Tabla 3. Configuración de muros para ensayode compresión diagonal.

Modelo Número Unidad Espesor Juntamuretes Horizontal (cm)

1 2 Tolete Chircal 1.02 2 Tolete Chircal 1.03 2 Tolete Prensado 1.04 2 Tolete Prensado 1.05 2 Bloque Nº 5 0.06 2 Bloque Nº 5 0.07 2 Bloque Nº 5 1.08 2 Bloque Nº 5 1.0

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Modelo analítico: se utilizó un modelo elásticotrilineal como el que propuso Meli (1979), con elfin de conocer la distribución de esfuerzos den-tro de los muros ensayados en el momento defalla. Para la modelación se utilizaron elementosfinitos rectangulares tipo Shell. Estos elementostienen 3 dimensiones, dos de ellas considera-blemente mayores que la tercera, y que permi-ten representar las características de los murosen estudio. Se analizó la distribución de esfuer-zos de tensión y compresión haciendo énfasisen los esfuerzos de corte.

Es importante resaltar que a pesar de que en elmodelo elástico y líneal desarrollado no se repre-sentan adecuadamente las condiciones últimasen el momento de falla de los muretes, se preten-día con este análisis establecer un punto de refe-rencia inicial y de orden de magnitud del esfuer-zo de agrietamiento inicial y a partir de éste poderdesarrollar una base conceptual para el desarrollode un análisis en el que se tenga en cuenta que lamampostería es un material no homogéneo.

Análisis sísmico: debido a que el presente estu-dio se enfoca en los muros de mampostería delas edificaciones de 1 y 2 pisos de la ciudad deTunja, se hizo necesario conocer la fuerza sísmi-ca que afecta la vivienda y cada uno de los mu-ros que la componen, con el fin de poder com-parar el esfuerzo cortante que debe soportar elmuro más crítico dentro de la edificación con laresistencia al corte, hallada a través de los ensa-yos de compresión diagonal.

Se calculó el cortante sísmico en la base de unavivienda típica según la NSR-98, luego se distri-buyó en los diferentes niveles, determinando lafuerza horizontal actuante en cada piso. Estecortante sísmico de piso se distribuyó en los ele-mentos verticales del sistema estructural de re-

sistencia sísmica que eran los muros mampues-tos. Sin embargo, es claro que con el análisis defuerza horizontal equivalente, las acciones en-contradas son simplemente una aproximacióninicial, que sirve para establecer una compara-ción aproximada en términos de resistencia.

Una vez hallada la fuerza actuante en cada unode los muros, se determinó el esfuerzo cortanteen un muro típico. Este pudo compararse con laresistencia al corte que tuvieron los muros enlos ensayos de compresión diagonal y así verifi-car, de manera preliminar, si la mampostería máscomún de Tunja está construida para soportarlas fuerzas sísmicas de diseño.

Resultados

Resultados de las encuestas. Los resultadosde las encuestas se resumen en la configura-ción estructural de las viviendas y característi-cas de los muros de mampostería.

Configuración estructural de las viviendas.La configuración estructural de las viviendas enesta zona está constituida principalmente pormampostería no reforzada (en mayor proporción)y por mampostería confinada (Figura 7).

Figura 7. Tipología de las viviendas construi-das informalmente en la zona de estudio.

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Las edificaciones se construyen de manera in-formal, debido a factores como la condición eco-nómica de sus habitantes y a la utilización de mé-todos de construcción aprendidos por tradición.No se cumplen los requisitos mínimos de seguri-dad estructural, pues la construcción se desa-rrolla sin poseer los conocimientos técnicos nece-sarios; entre las falencias encontradas se des-tacaron: la discontinuidad en los elementos es-tructurales, la inclusión de diversos tipos de uni-dades de mampostería conformando un mismomuro, la construcción de edificaciones con mu-ros sin ningún tipo de confinamiento, la baja ca-lidad de los elementos que integran los muros yel escaso o inexistente control de calidad de losprocesos constructivos (Figura 8).

Figura 8. Muro compuesto por diversos tiposde ladrillo tolete

La mayoría de los habitantes construyen el pri-mer piso de la edificación en ladrillo tolete ma-cizo, pues consideran que con esta unidad pue-den conseguir resistencia y rigidez suficientespara soportar el peso de los pisos superioresde la edificación. El segundo y tercer piso esconstruido en bloque de perforación horizontalN° 5 y N° 6, debido a que se puede lograr ma-yor rendimiento en obra y obtener un menor peso

en los niveles superiores. Tradición que pudoser verificada a través de las encuestas, dondeen el primer piso de las edificaciones predomi-na el ladrillo tolete en un 89%, mientras que enel segundo piso predomina el bloque N° 5 enun 48.8% (Figura 9).

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

En la mampostería confinada presente en la zo-na, se aprecian irregularidades en la distribuciónde los elementos estructurales, y dimensiona-miento inadecuado de los mismos.

En la zona de estudio la mayoría de las edificacio-nes de mampostería se construyen sin ningúntipo de refuerzo. En estas construcciones debi-do a la ausencia de columnas, las placas de en-trepiso se apoyan únicamente sobre los muros.Este tipo de estructura es concebida para sopor-tar cargas verticales únicamente; por lo tanto, encaso de sismo, los muros serían los responsablesde soportar tanto cargas verticales como horizon-tales y su comportamiento sería desfavorable, po-niendo en riesgo la seguridad de sus habitantes.

Características de los muros de mamposte-ría. En los muros de mampostería de la zona de

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estudio, las unidades más utilizadas correspon-den a ladrillo tolete, bloque N° 5 y bloque N° 6. El48.5% de las edificaciones construidas con la-drillo tolete presentaban unidades defectuosasy tan solo el 25% de las viviendas construidascon bloque presentaban esta característica.

Existe gran variación en las dimensiones del la-drillo tolete, mientras que las dimensiones del blo-que tienen un bajo coeficiente de variación. Seobservó que el 53% de las edificaciones presen-tan juntas bien elaboradas, mientras el 40.6%de estas presentan juntas elaboradas de mane-ra irregular. El espesor horizontal de junta máscomún es de 2.0 cm con un 57.7%, siguiendo elespesor de 1.5 cm con un 21.8%.

La relación cemento-arena para la elaboracióndel mortero utilizado en los muros de mamposte-ría en la zona de estudio es de 1:3 para el 95%de los casos, con resistencia a compresión de80 kg/cm

2 en el 82% de las muestras y el 18%

restante con resistencias entre 90 y 100 kg/cm2.

Para los otros casos 5% se presentan relacio-nes cemento-arena que van desde 1:4 a 1:6dependiendo del criterio del albañil encargado.

Resultados de los ensayos

En el ensayo de compresión de unidades, seencontró que la resistencia a compresión del la-drillo prensado fue mayor a la del ladrillo recocidocon valores promedio de 208.2kg/cm

2 (Desvia-

ción Estándar=32 kg/cm2) y 157.5kg/cm

2 (Des-

viación Estándar=28 kg/cm2) respectivamente. El

bloque N° 5 presentó una resistencia de 70.5 kg/cm

2 (Desviación Estándar=18 kg/cm

2)

En cuanto a la resistencia a compresión de pris-mas de mampostería, los prensados supera-

ron por casi el doble la resistencia de losrecocidos con valores de 119.43 kg/cm

2 (D.

E.=27.3 kg/cm2) y de 65.04 kg/cm

2 (D. E.=7.3

kg/cm2) respectivamente. Por otra parte, los

prismas de bloque tuvieron resistencias de22.35 kg/cm

2 (D. E.=2.8 kg/cm

2). En esta in-

vestigación los valores de distorsión máximaencontrados (deriva) están por debajo de loestablecido por la Norma NSR-98. Para muroscompuestos por ladrillo tolete de chircal, el in-tervalo de deriva se encuentra entre 0.45 y0.46%; para el caso de los muros de ladrilloprensado la deformación fue de 0.37 a 0.71%,rango que es bastante amplio y poco predeci-ble debido al comportamiento disperso queestos mostraron; los muros con base en blo-que presentaron un intervalo de deriva entre0.27% y 0.32%.

En los muros con piezas de chircal y bloque, nose encontró incidencia apreciable en el compor-tamiento de la deriva cuando se variaron los es-pesores de pega horizontal (1.5 a 2.0 cm); paralos muros de ladrillo prensado existió dispersiónen los resultados, por lo tanto no se pudo esta-blecer la incidencia del espesor de pega. Encuanto a la variación del espesor de pega verti-cal en los muros de bloque, no se encontró inci-dencia apreciable en la deriva.

Los esfuerzos cortantes que soportaron los mu-ros compuestos por unidades de chircal, cal-culados a partir de la fuerza de falla registradaen cada ensayo y la ecuación (1), se encuen-tran en un rango muy definido de 8.5 a 8.7 kg/cm

2; los muros de bloque N° 5 sin pega vertical

estuvieron entre 2.4 y 2.6 kg/cm2 y los muros

de bloque N° 5 con pega vertical de 5.3 a 6.1kg/cm

2. Los muros de ladrillo prensado pre-

sentaron un rango menos uniforme entre 5.4 y7.2 kg/cm

2.

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En cuanto a los muros compuestos por unida-des de ladrillo tolete macizo, se observó quelos de chircal resistieron mayor fuerza en el en-sayo de compresión diagonal que los de pren-sados. Esta diferencia en resistencia se atri-buye en parte a la hipótesis de que las piezasde chircal presentan en sus caras superficiesmuy rugosas que permiten una buena adhe-rencia entre el mortero y las unidades de mam-postería, mejorando así el comportamiento delmuro ante esfuerzos cortantes. Caso contrariosucede con las unidades de ladrillo prensado,pues éstas presentan caras muy lisas que noofrecen una superficie óptima para la adheren-cia con el mortero. Efectos semejantes se hanencontrado en estudios realizados por Miran-da (2000), quien afirma que la capacidad delos muros de resistir los esfuerzos de corte ensu propio plano depende de la adherencia en-tre el mortero y la pieza de mampostería y dela unión resistente al corte a través de la juntade mortero.

Los muros con mayor resistencia al corte pre-sentaron falla combinada entre unidades y jun-tas, mientras que los muros de menor resisten-cia fallaron solo por las juntas como lo reportaPulido (1990).

Es interesante comparar cualitativamente los re-sultados de resistencia al corte con los de resis-tencia a la compresión de unidades (f´cu) y com-presión de prismas (f´m). En estos dos últimosensayos (f’cu y f’m), se observó una mayor re-sistencia en los ladrillos prensados que en losde chircal; sin embargo, como se mencionó an-teriormente, los valores más altos de resistenciaal corte se manifestaron en los modelos com-puestos por ladrillo de chircal. Esto induce apensar que no existe una relación directa entreel valor de la resistencia a corte con el valor de

la resistencia a compresión de la mampostería.Gallegos (1991) considera que esta relación esmás estadística que funcional, ya que las pro-piedades o características que afectan a un en-sayo no afectan al otro; más aún, evaluando losensayos de compresión, es posible establecerque la relación puede ser inversa.

En los muros compuestos tanto por unidades deladrillo chircal como de bloque, se encontró quea medida que aumenta el espesor de la juntahorizontal, aumenta la resistencia a corte, a dife-rencia de los muros compuestos por ladrillo pren-sado en los que a medida que aumenta el espe-sor de la junta disminuye la resistencia a corte.Pulido (1990), en contraste con los resultadosobtenidos en este trabajo, afirma que en losmuros constituidos por bloques disminuye la re-sistencia a medida que aumenta el espesor dela junta y en tolete el espesor de la junta no influ-ye en la resistencia a corte.

En los muros de bloque, la junta vertical incidenotablemente en la resistencia al corte, pueslos muros con pega vertical de 1.0 cm resistie-ron más del doble de esfuerzo que los murossin pega vertical. Cabe resaltar que los murosde bloque con pega vertical pueden alcanzarresistencias similares a las obtenidas con mu-ros de ladrillo prensado.

Con base en los resultados anteriores, fue posi-ble obtener una expresión matemática que per-mite determinar de manera preliminar, la inciden-cia del espesor horizontal de pega y de las uni-dades mampuestas, en la resistencia a corte delos muros de mampostería, característicos de laciudad de Tunja:

Ecuación (3)

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Donde:tm: Resistencia a corte de la mampostería (kg/cm2).Eh: Espesor de pega horizontal (de 1.5 a 2.0 cm).Um: Coeficiente que depende del tipo de unidad(Tabla 4).

Tabla 4. Coeficientes Um que dependen deltipo de unidad.

Debe tenerse en cuenta que los resultados obte-nidos a partir de esta ecuación no han sido dis-minuidos con coeficientes de reducción de resis-tencia o factor de seguridad. Cabe aclarar quela resistencia a corte de la mampostería no de-pende únicamente de las unidades y espesoresde pega, sino también de otras variables que nose contemplan en este estudio pero que puedenestar indirectamente relacionadas con el factor Um.

De acuerdo con las especificaciones de la NSR-98, y con el objeto de evaluar la vulnerabilidadpor acciones sísmicas de los muros existentesde una vivienda típica de la zona en estudio, secalculó de manera preliminar la fuerza horizontalactuante sobre un muro típico (generada por unaacción sísmica) y se comparó con los resultadosde los ensayos realizados, y se encontró que enel 75% de las viviendas estudiadas, el esfuerzocortante actuante supera al esfuerzo cortanteresistente. La anterior afirmación se soporta so-bre un análisis de fuerza horizontal equivalente,realizado a una estructura de mampostería queevidencia la necesidad de profundizar en el es-tudio del potencial de comportamiento de estasestructuras ante acciones sísmicas.

También es importante destacar el comporta-miento de los muros de chircal, los cuales a pe-sar de su baja resistencia a la compresión, pro-ducto del desarrollo de procesos informales defabricación, presentan resultados en dondeprácticamente doblan la resistencia a cortepresentada por los muros construidos con uni-dades de ladrillera reconocida. Este resultadoen ningún momento avala la fabricación de uni-dades de mampostería de manera informal, perosí llama la atención sobre el concepto de adhe-rencia pieza-mortero en función de la rugosi-dad de la pieza.

En el análisis por elementos finitos, se observóque, como ya se conocía en otros trabajos(AGUILAR 2001), cuando se induce únicamen-te esfuerzo cortante a un muro, se presenta unaconcentración de esfuerzos de tensión y com-presión a lo largo de la diagonal, que combina-dos generan esfuerzos cortantes importantes enesta misma zona (Figura 10). Estos esfuerzosson los causantes de las fallas como se vio enlos ensayos de compresión diagonal, similar ala falla por corte que ocurre en algunos murosdentro de las viviendas en caso de sismo.

Figura 10. Diagrama de esfuerzos cortan-tes en Sap2000. SAP2000 NonLinear Versión

7.10 Structural Analysis Program.

Tipo de unidad UmLadrillo tolete macizo de Chircal 7.12

Bloque N° 5Con pega vertical (1.0 cm) 3.89

Sin pega vertical 1.02

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Discusión

A partir de los resultados de los ensayos desa-rrollados para este trabajo y teniendo en cuentauna aplicación local y que motive al desarrollode trabajos posteriores dentro de la temática sepueden destacar los siguientes comentarios:

En la mampostería constituida por unidades deladrillo tolete de chircal la deriva máxima varióde 0.45 a 0.46% (D.E.=.09%); la compuesta porladrillo tolete prensado varió de 0.37 a 0.71%(D.E.=.12%) y para la compuesta por bloque de0.27 a 0.32% (D.E.=.07%). Estos resultadosmuestran que el límite de la deriva (0.5%) pro-puesto por la NSR-98 para estructuras de mam-postería, estaría por encima de los valores re-gistrados en los ensayos realizados para losmateriales de la ciudad de Tunja

La variación del espesor de pega horizontal no influ-ye en el valor de deriva para los muros compuestospor unidades de ladrillo de chircal y bloque.

El esfuerzo promedio resistente al corte de losmuros compuestos por unidades de chircal fuede 8.6 kg/cm

2, para los conformados por uni-

dades de ladrillo prensado varió de 5.4 a 7.2kg/cm

2; para los muros compuestos por unida-

des de bloque varió 2.3 a 6.1 y de 2.4 a 2.6cuando tenían pega vertical de 1.0cm ó de 0.cmrespectivamente.

La capacidad de los muros de resistir los esfuer-zos de corte en su propio plano depende de laadherencia entre el mortero y la pieza de mam-postería y de la unión resistente al corte a travésde la junta.

Los muros con mayor resistencia a corte presen-taron falla combinada entre unidades y juntas,

mientras que los muros de menor resistencia fa-llaron solo por las juntas.

Los muros compuestos tanto por unidades deladrillo chircal como de bloque mostraron quea medida que aumenta el espesor de la juntahorizontal, aumenta su resistencia a corte, adiferencia de los muros compuestos por ladri-llo prensado, en los que a medida que aumen-ta el espesor de la junta disminuye la resisten-cia a corte.

Los muros de bloque con pega vertical de 1.0cm resisten más del doble a esfuerzo cortanteque los muros con pega vertical 0.0cm alcanzan-do valores de resistencia similares a los mostra-dos por los muros de ladrillo prensado.

En los muros de bloque sin pega vertical el es-fuerzo cortante actuante a causa de un sismo(Aa=0.2 Tunja) sería superior al esfuerzo cortan-te resistente por el muro.

Los muros de chircal, aunque no superan elvalor de resistencia a compresión de los mu-ros de ladrillo prensado, superan en casi eldoble la resistencia a corte solicitada en casode sismo.

Recomendaciones

Es importante continuar con estudios que desa-rrollen a profundidad el concepto del desarrollode adherencia mortero-pieza, teniendo en cuen-ta los resultados de ensayos de muros someti-dos a la aplicación de fuerzas horizontales

Divulgar las investigaciones sobre mamposteríade la cuidad de Tunja y capacitar tanto a maes-tros como ingenieros constructores.

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Profundizar la investigación sobre la incidenciaque tiene la pega vertical en muros construidoscon bloque de perforación horizontal.

Realizar estudios acerca de la manera como sepueden reforzar los muros de mampostería ca-racterísticos de la cuidad de Tunja, para podermejorar su comportamiento en términos de es-fuerzos y deformaciones.

El comportamiento de la mampostería dependede diversas variables, algunas de ellas no secontemplan en esta investigación, por lo tanto laecuación encontrada es un estimativo del com-

portamiento a cortante de la mampostería segúnlas limitaciones de los ensayos realizados.

Agradecimientos

El autor agradece a la Dirección de Investigacio-nes de la UPTC por la financiación de los pro-yectos desarrollados por semilleros de investi-gación y a los estudiantes de la Escuela de Inge-niería Civil Maycoll Moreno y Julián Díaz por sucolaboración como auxiliares de Investigación enel Grupo de Investigación en Materiales y ObrasCiviles GIMOC.

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