UNIVERSIDAD DE COLIMA

Facultad de Ingeniería Civil

Protocolo de investigación

Análisis Experimental de un Sistema Constructivo Innovador para Vivienda de Interés Social en Zonas Sísmicas

Presenta:

Ing. Luis Fernando Trujillo Valdovinos

Asesor:

Dr. Agustín Orduña Bustamante

Coquimatlán, Col., Diciembre de 2009

1 

JUSTIFICACIÓN

La república mexicana es un territorio con una alta sismicidad. Particularmente, la zona del Pacífico mexicano comprendida desde el estado de Chiapas hasta el de Jalisco presenta una mayor peligrosidad (CFE, 1993), ya que se encuentra próxima al cinturón de fuego del Pacífico, nombre con que se conoce a la región de mayor sismicidad ubicada alrededor del Océano Pacífico. En esta zona los procesos geológicos relacionados con la tectónica de placas ocasionan un gran número de sismos. Muestra de ello, son los macrosismos de México (1985), Manzanillo (1995) y Colima (2003), por mencionar algunos (Figura I.2).

Figura I.1. Regionalización sísmica de la República Mexicana (CFE, 1993).

Figura I.2. Localización de epicentros de sismos fuertes en años recientes.

Por otra parte, el sistema constructivo más empleado en la construcción de vivienda de interés social en México, es el que se puede denominar como tradicional (Figura I.3). El cual utiliza elementos de mampostería confinados por elementos de concreto reforzado. Dicho sistema constructivo, requiere de largos tiempos de ejecución, por lo artesanal en su elaboración, que conllevan a un alza en los costos de la construcción, la cual termina costeando el usuario final. Aunado a esto, el uso de materiales pesados, como la mampostería y el concreto, representa un incremento sustancial en la masa de la estructura. Que al ser sometida a acciones sísmicas (dinámicas), incrementa la vulnerabilidad de la misma, como ha quedado demostrado en los eventos sísmicos mencionados con anterioridad.

JUSTIFICACION 

 

2 

Figura I.3. Sistema constructivo con elementos de mampostería confinada (tradicional).

Asimismo, datos recientes del Instituto del Fondo Nacional de la Vivienda para Trabajadores (INFONAVIT), indican que existe una demanda potencial de vivienda donde más del 60% de los derechohabientes corresponden a las personas cuyos ingresos son inferiores a cuatro salarios mínimos (INFONAVIT, 2008). Ante esta situación, es pertinente generar alternativas, en lo referente a procesos constructivos y productos tecnológicos, que permitan, primordialmente, reducir los costos y cumplir con la normatividad correspondiente con la construcción, enfatizando en la seguridad estructural y calidad de la vivienda terminada.

El presente trabajo, forma parte del proyecto denominado “Desarrollo de un sistema constructivo para viviendas de interés social en zonas sísmicas, empleando tecnologías innovadoras”. Este proyecto tiene por objetivo desarrollar un sistema constructivo para viviendas de interés social en zonas sísmicas, que reporte beneficios tanto económicos como en tiempos de construcción, sin menoscabo de la calidad y confort. Dicho proyecto está financiado por el Fondo Sectorial CONACYT-CONAVI y se desarrolla en la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima.

En este trabajo, se llevará a cabo un estudio experimental para determinar las características mecánicas de muros con un sistema constructivo innovador. El cual se seleccionará de entre dos sistemas propuestos, tomando en cuenta sus resistencias a ciertos ensayos experimentales y menor tiempo de elaboración y costo. Los sistemas propuestos son:

1. Sistema constructivo con paneles: Consiste en elaborar muros, con base en un panel central confinado en concreto entre dos paneles de yeso o cemento impermeables. Éstos servirán al mismo tiempo como cimbra no recuperable y acabado exterior, a una separación de 25 mm del panel central. Dicho panel central, se conforma de una estructura tridimensional de alambre de acero de alta resistencia con barras de poliestireno en el centro, como lo son el Panel W (Panel W, 2009) o el Panel Covintec (Covintec, 2009), la figura I.4 describe este sistema.

JUSTIFICACION 

 

3  

 

 Figura I.4. Sistema constructivo con paneles; (a) vista en corte y (b) vista tridimensional.

2. Sistema constructivo con mampostería postensada: Consiste en la construcción de muros, con bloques huecos de concreto, con o sin juntas, y postensarlos en las direcciones vertical y horizontal, en la figura I.5 se muestra el sistema descrito.

Figura I.5. Sistema constructivo con mampostería postensada.

 

Concreto

Paneles de yeso

Panel central

(a) (b)

4  

OBJETIVOS

II.1. Objetivo general

El objetivo general de este proyecto es determinar las características mecánicas, la viabilidad técnica y económica de muros elaborados con un sistema constructivo innovador. Se compararán los resultados, con la normatividad técnica correspondiente (NTCDCEM, 2002).

II.2. Objetivos particulares

Los objetivos particulares de este trabajo son:

• Diseñar una mezcla de concreto con una resistencia a la compresión (f’c) entre 15 MPa y 20 MPa, con un tamaño máximo de agregado de 9.5 mm (3/8 plg) y con un revenimiento entre 170 y 180 mm para emplearse en el sistema constructivo de paneles.

• Elaborar pilas y muretes con el sistema constructivo con paneles y con mampostería postensada, conforme lo dicta la normatividad citada con anterioridad (NTCDCEM, 2002).

• Ensayar a compresión las pilas y a compresión diagonal los muretes elaborados con los dos sistemas constructivos propuestos, para determinar las resistencias respectivas, conforme lo indica la normatividad correspondiente (NTCDCEM, 2002).

• Estimar los costos y la viabilidad técnica de ambas propuestas.

• Seleccionar el sistema constructivo con mejores características de resistencia presente ante la compresión y compresión diagonal, menor tiempo en su elaboración y costo.

• Determinar experimentalmente, de acuerdo con las especificaciones técnicas correspondientes (NTCDCEM, 2002), la resistencia ante cargas verticales y horizontales en muros construidos con el sistema constructivo seleccionado.

 

5 

METODOLOGÍA

Como se describió en la Justificación, el presente proyecto radica en el ensaye en laboratorio de prototipos de muros, elaborados con un sistema constructivo innovador, que se seleccionará de los dos sistemas propuestos en el primer capítulo. El sistema seleccionado, será el que presente un mejor desempeño en las pruebas a compresión y compresión diagonal (de pilas y muretes respectivamente), con base en la normatividad correspondiente (NTCDCEM, 2002), así como en menores tiempos y costos en su elaboración.

III.1. Sistema constructivo con paneles

Los paneles centrales a emplearse serán con los que disponga en el mercado, como lo son el Panel W (Panel W, 2009) o el Panel Covintec (Covintec, 2009). De igual forma los paneles de yeso y cemento impermeables que se utilizarán, serán los disponibles en el mercado, como lo son la Tablaroca W/R (USG, 2009-a), el Panel Exterior Rey (Rey, 2009) y la Tablacemento Durock (USG, 2009-b). Asimismo, se diseñará una mezcla de concreto con una resistencia a la compresión (f'c) entre 15 MPa y 20 MPa, con un tamaño máximo de agregado de 9.5 mm (3/8 plg) y con un revenimiento entre 170 y 180 mm.

Paneles de yeso y cemento impermeables

Se seleccionará el panel que presente un menor costo (tanto por unidad y acabado), menor absorción de humedad y mayor durabilidad. De las opciones que se encuentran en el mercado se tienen las siguientes (Figura III.1.1):

• Tablaroca Water Resistant (W/R) Panel de yeso fabricado por USG (USG, 2009-a). Proporciona una superficie especialmente tratada para resistir la penetración de humedad. Es ideal para su aplicación en muros y plafones de zonas semi-húmedas, en las que se reciban acabados finales como recubrimientos cerámicos, azulejos, o laminados de plástico. Este tablero está diseñado para cubrir las necesidades de zonas como baños, cocinas, cuartos de servicio, etc. en donde exista humedad en el ambiente, sin estar en contacto directo con el agua. Los tableros cuentan con: cartoncillo reforzado verde en la cara aparente, químicamente tratado para resistir a la penetración de humedad; núcleo de yeso tratado con aditivos especiales que lo hace resistente a la penetración de agua; y cartoncillo reforzado en la cara posterior semi-asfaltado, para resistir la humedad (USG, 2009-a).

• Exterior Rey: Panel de yeso para recubrimiento en exteriores fabricado por Panel Rey (REY, 2009). Consiste de un núcleo incombustible hecho esencialmente de yeso especialmente tratado para ser hidrófugo y cubierto por ambos lados con papel 100% reciclado, tratado para resistir la humedad. Se recomienda para usarse en construcciones comerciales y residenciales. Provee resistencia estructural adicional cuando se emplea con otros materiales para uso exterior como madera, metal, fachadas de ladrillo, estuco, etc. Está diseñado para fijarse directamente por medio de tornillos, clavos o grapas galvanizadas. Las uniones no están diseñadas para que sean acabadas con un compuesto de unión y cinta de papel (REY, 2009).

METODOLOGIA 

 

6 

• Tablacemento Durock: Placa rectangular de cemento Portland con malla de fibra de vidrio polimerizada en ambas caras. Proporciona una base sólida para azulejos y recubrimientos cerámicos, losetas y mosaicos de cerámica, mármol, cantera, piedra delgada y ladrillo delgado, así como para acabados basados en pintura o pasta. Es ideal para usarse en divisiones, muros, pisos, faldones y plafones en áreas húmedas y secas. No se deteriora en presencia de agua, por lo que es muy durable en áreas muy húmedas como baños, regaderas, cocinas y lavanderías (USG, 2009-b).

Figura III.1.1. Paneles de yeso y cemento; (a) Tablaroca W/R, (b) Panel exterior Rey y (c) Tablacemento Durock.

Paneles con estructura tridimensional de alambre de acero de alta resistencia con barras

de poliestireno en el centro

Se seleccionará el panel que presente un menor costo, menor efecto en la segregación del concreto (por las mallas de alambre) y mejor resistencia a compresión y compresión diagonal del sistema en su conjunto. Se utilizarán paneles de 3 pulgadas de espesor, con el fin de tener muros terminados de un espesor superior a los 100 mm para cumplir con las normas técnicas correspondientes (NTCDCEM, 2002). De las opciones que se encuentran en el mercado tenemos las siguientes (Figura III.1.2):

• Panel W: Panel estructural para construir muros de carga y diversos elementos arquitectónicos fabricado por Panel W, están formados por una estructura de acero pulido o galvanizado, de alta resistencia, con límite de fluencia fy=500 MPa, que lleva al centro un alma de barras poligonales de poliestireno expandido (Panel W, 2009).

• Panel Covintec: Panel estructural con una estructura tridimensional de alambre pulido o galvanizado calibre #14 (2.03 mm), con límite de fluencia fy=1000 MPa, electrosoldado en cada punto de contacto. Está compuesto por armaduras verticales denominadas escalerillas o Zig-Zag y al interior de las armaduras se incorpora un alma compuesta de poliestireno expandido (Covintec, 2009).

Figura III.1.2. Paneles con estructura tridimensional de acero de alta resistencia con barras de poliestireno; (a) Panel W, (b) Panel Covintec.

METODOLOGIA 

 

7  

Diseño de la mezcla de concreto

El concreto a emplear deberá contar con una resistencia a la compresión (f'c) entre 15 MPa y 20 MPa, con un tamaño máximo de agregado (T.M.A.) de 9.5mm (3/8 plg) y con un revenimiento entre 170 y 180 mm. El T.M.A. está en función del espacio existente entre el panel central y los paneles de yeso o cemento (25 mm por lado), ya que al utilizar una agregado grueso mayor se tendrían problemas con la colocación del concreto en estas zonas, por lo estrecho de las mismas. De igual manera, al ser espacios angostos, es necesario contar con un concreto muy fluido, o con una alta trabajabilidad. De esta forma, él mismo puede expandirse y cubrir en su totalidad los espacios, sin necesidad del vibrado normal del concreto, que es prácticamente imposible llevar a cabo por la falta de espacio.

Para diseñar la mezcla de concreto se utilizó el “Método Americano de Selección de Proporciones de la Mezcla” (Neville, 1999). Este método consiste en una serie de pasos lógicos y directos que toman en cuenta las características de los materiales que se van a emplear.

Ensayes y selección de materiales

Para la selección de los paneles exteriores a utilizar, se llevará a cabo el colado de tres elementos de 610x610 mm (muretes) empleando el sistema de paneles, con el propósito de verificar si los paneles exteriores absorben humedad del concreto y si existe segregación del mismo al momento de su colación. Se elaborará un elemento con panel exterior de Tablaroca W/R (USG, 2009-a), otro con Durock (USG, 2009-b) y otro con Panel Exterior Rey (REY, 2009). De los resultados obtenidos de las pruebas descritas con anterioridad, se seleccionará el panel exterior a utilizar para una segunda prueba de segregación del concreto, pero ahora para un elemento de 1200x1200 mm.

Si se tienen resultados satisfactorios en las pruebas de segregación, se procederá a la construcción de seis pilas de 305x610 mm y de seis muretes de 610x610 mm, tres con panel central de Panel W (Panel W, 2009) y los tres restantes con Panel Covintec (Covintec, 2009) para ambos casos. Las pilas serán ensayadas a compresión y los muretes a compresión diagonal conforme a las normas correspondientes (NTCDCEM, 2002), de los resultados de estos ensayes se seleccionará el panel central a utilizar. Estas pruebas se desarrollarán en la prensa hidráulica marca Enerpac, modelo IPH-5031 que se muestra en la figura III.1.3 (Enerpac, 2009).

Figura III.1.3. Prensa hidráulica Enerpac, modelo IPH-5031.

METODOLOGIA 

 

6 

III.2. Sistema constructivo con mampostería postensada

El sistema constructivo propuesto consiste en elaborar los muros de la vivienda con bloques huecos de concreto sin juntas de mortero y postensarlos en las direcciones vertical y horizontal. Las ventajas de este sistema serían el ahorro en tiempo y material al no requerir las juntas de mortero. Es un sistema sustentable en el sentido que los materiales son reutilizables al no estar adheridas las piezas (Dorjpalam et al. 2008). Otra ventaja es que no hay agrietamientos por contracción o cambios volumétricos. El procedimiento constructivo consiste en dejar embebidas las preparaciones para anclar los cables de postensado en las dalas de cimentación, como se ilustra en la figura III.2a. A continuación se colocan las piezas huecas de concreto para formar el muro y la última hilada, en la parte superior, se hace con piezas especiales de concreto. Estas piezas están preparadas para anclar los cables de postensado. En la figura III.2b se ilustra un muro como el que se propone. El proceso de postensado inicia haciendo pasar un cable desde la parte superior del muro por una de las perforaciones de las piezas especiales y bajarlo hasta la preparación dejada en la dala de cimentación. El cable tendrá en su parte inferior un lazo por el que se pasa un perno metálico para fijarlo a la preparación, como se ilustra en la figura III.2c. En la parte superior se coloca un gato para postensar el cable y se ancla a la pieza especial por medio de cuñas. La figura III.2d ilustra este detalle.

Figura III.2. Sistema constructivo con mampostería postensada; (a) pieza de anclaje en la dala de cimentación, (b) muro construido, (c) anclaje

inferior y (d) anclaje superior.

Materiales

Se utilizarán blocks huecos prefabricados de cemento-arena 120x200x400 mm, con una resistencia a la compresión de 6 MPa obtenida de ensayes de laboratorio. Se realizarán ensayes de pilas con juntas de mortero Tipo III (NTCDCEM, 2002), con juntas secas, con juntas del material plástico denominado “Fomi” y con juntas de cámara de llanta para camión (3 mm de espesor), esto con el propósito de comparar los resultados entre las pilas junteadas con mortero Tipo III, con las pilas con juntas secas, con juntas de “Fomi” y juntas de cámara de llanta, y poder seleccionar, en base a los resultados, el tipo de juntas con el que se tienen resultados más favorables para realizar muretes postensados para su ensayo a compresión diagonal y llevarlos a cabo.

METODOLOGIA 

 

9  

III.3. Ensaye de muros fabricados con un sistema constructivo innovador

Una vez realizadas las pruebas de compresión y compresión diagonal a pilas y muretes, respectivamente, con el sistema de paneles y de mampostería postensada, se seleccionará el sistema constructivo que mejor desempeño mecánico presente en dichas pruebas. Con el fin, de llevar a cabo un ensaye de un muro completo fabricado con el sistema seleccionado. Del ensaye se obtendrá la resistencia ante cargas laterales, con el procedimiento descrito en las normatividad correspondiente (NTCDCEM, 2002), para muros de mampostería confinada.

Una vez obtenidos los resultados, se compararán con los obtenidos de ensayes para mampostería confinada, con el propósito de contar con una medida de comparación y validación para el sistema constructivo propuesto.

 

10 

BIBLIOGRAFÍA

Covintec (2009), "Ficha técnica Panel Covintec estructural 3 pulgadas". [en línea] [fecha de consulta: 1de Octubre de 2009]. Disponible en: <http://www.covintec.com/store/pub/1Estructura%20Covintec%203.pdf>

CFE (1993) "Diseño por sismo", Manual de obras civiles, Comisión Federal de Electricidad, México, DF, 162 p.

Dorjpalam S, Kawase H, Yamaguchi K y Citak SO (2008) "Experimental and numerical study on dynamic properties of friction-resistant dry-masonry structures". 14º Conferencia Mundial de Ingeniería Sísmica, Beijing, China, 12-17 de octubre.

Enerpac (2009), "Ficha técnica prensas hidráulicas Enerpac". [en línea] [fecha de consulta: 18 de Noviembre de 2009]. Disponible en: <http://www.eymmsa.com.mx/enerpac/Descargables/06_prensas.pdf>

INFONAVIT (2008), "Demanda potencial de vivienda sexto bimestre 2008". [en línea] [fecha de consulta: 21de Septiembre de 2009]. Disponible en: <http://portal.infonavit.org.mx/wps/portal/EL%20INSTITUTO/Infonavit%20en%20cifras/Demanda/!ut/p/c5/04_SB8K8xLLM9MSSzPy8xBz9CP0os3hnd0cPE3MfAwMLfwsLAyM_1wAXIxNvA_dAU30_j_zcVP2CbEdFABfWMig!/dl3/d3/L3dDb0EvUU5RTGtBISEvWUZSdndBISEvNl9DR0FINDdMMDAwUEU5MDJORDRKUENMME9MNw!!/>

Neville, A.M. (1999), "Tecnología del Concreto". IMCYC, México, D.F. pp.528-531.

NTCDCEM (2002), "Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería". México, D.F. 2002.

Panel W (2009), "Ficha técnica Panel W estructural de 3 pulgadas". [en línea] [fecha de consulta: 1de Octubre de 2009]. Disponible en: <http://www.panelw.com/espanol/pdf/HOJAS%20TECNICAS%20DE%20LOS%20PRODUCTOS/ME3.pdf>

REY (2009), "Ficha técnica Panel de yeso Exterior Rey". [en línea] [fecha de consulta: 1de Septiembre de 2009]. Disponible en: <http://www.panelrey.com/pdf/catalogo/paneles/panelrey_panel_exterior.pdf>

USG (2009-a), "Tablaroca Water Resistant". [en línea] [fecha de consulta: 1de Septiembre de 2009]. Disponible en: <http://www.usg.com.mx/images/FichasTecnicas/Tablaroca/TABLEROS/PRODUCTOS/FT-TBR-003%20TABLAROCA%20WR.pdf>

BIBLIOGRAFIA 

 

11 

 

USG (2009-b), "Tablacemento Durock". [en línea] [fecha de consulta: 1de Septiembre de 2009]. Disponible en: <http://www.usg.com.mx/images/FichasTecnicas/Durock/TABLACEMENTO/PRODUCTOS/FT-DRK-001%20TABLACEMENTO.pdf>

Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio JulioRedacción de protocolo de investigaciónHabilitación, ensayos e interpretación de resultados de elementos fabricados con el sistema constructivo innovadorRevisión BibliográficaEnsayos extrasRedacción de Resultados, Conclusiones

2009 2010 2011ACTIVIDADES

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES DE LA TESIS DE MAESTRÍA

Revisiones, Correcciones y Defensa