Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)

   

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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación

Acapulco, Guerrero 22, 23 y 24 de septiembre 2016 Memorias

Preparación para el ensayo de un muro de mampostería construido a escala

natural con materiales y aspectos constructivos típicos de colima.

Jesus Alejandro Venosa Gutierrez Unidad Académica de Ingeniería de la UAGro

Programa de Verano Delfín Jesusvg123@gmail.com

Área VII: Ingeniería e industria

Dr. Alfredo Sánchez Alejandre Docente-investigador de la Universidad de Colima

Asanchez35@ucol.mx

Resumen

La presente investigación tiene como propósito conocer cómo es que se comporta un muro de mampostería construido a escala real con los materiales y procesos constructivos típicos del estado de colima, entre los materiales se encuentran el concreto, mortero y tabiques empleados para construir el muro de 3x3m y una rampa para una estructura de metal con la que se equipó el lugar, la cual sirvió para mover objetos pesados mediante la ayuda de polipastos, se utilizaron diferentes herramientas y equipo para ser instalados y llevar a cabo el ensayo, y alguno que otra pieza de metal cortada y pulida en los mismos laboratorios de la escuela, tales como placas de acero, tubos y espárragos.

Para realizar este ensayo se utilizó un pistón en una pared sujeta por varias placas con una capacidad de 50 toneladas de fuerza de empuje, el cual estaba anclado al muro mediante bloques de metal para simular la deformación del muro ante fuerzas sísmicas, aparte de esto se colocó una fuerza vertical de 700kg de modo que el muro actuara como si fuera parte de una estructura real. Y para conocer la deformación del muro se utilizó un programa de computadora llamado labview, el cual registro todos los cambios mediante transistores que fueron puestos en el muro de forma estratégica para que se recopilara información completa del ensayo, colocándose dos transistores verticales opuestos, uno a la izquierda y otro a la derecha; dos transistores horizontales, uno arriba y otro abajo; dos transistores diagonales de tal modo que se cruzaran justo por la mitad del muro; además de un transistor externo que mediría el desplazamiento del

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muro. Los resultados esperados de esta investigación será la gráfica de esfuerzo contra desplazamiento el cual nos darán los valores importantes acerca de la mampostería que es característica del lugar.

Palabras clave: mampostería, ensayo, deformación, esfuerzo.

Introducción.

A través de los años se han hecho muchísimos ensayos de muros de mampostería, pero la

gran mayoría de estos han sido en la Ciudad de México, dichos ensayos hechos a raíz del

terremoto del 85 que sacudió a varios estados de la República Mexicana donde fueron derribados

edificios debido a la gran fuerza del sismo pero también debido a que varias estructuras no

estaban regidas bajo ningún tipo de norma estricta que previniera no caer ante ese sismo, así es

que a partir de ese entonces fue que se dio más importancia a variados desastres y su prevención,

entre ellos se dio más importancia al reglamento de construcción, tomando en cuenta el tipo de

suelo y el tipo de construcción que se iba a realizar, es ahí cuando comienzan los ensayos en la

capital del país para determinar los coeficientes que se iban a utilizar más a delante en diferentes

fórmulas para poder diseñar diferentes tipos de estructuras.

Ahí es cuando se le comienza a dar importancia a la investigación, ya que por lo general en la

mayoría de las construcciones se toma como referencia el reglamento del antes DF en caso de

que no exista algún reglamento estatal o municipal, y como es obvio, no se encuentran en las

mismas situaciones que tiene el DF por lo que en otros lugares del país variarían algunas cosa. Si

bien es cierto que ya hay un mapa con las diferentes zonas con su nivel de riesgo, los materiales

de construcción como lo son los tabiques y los tabicones varían dependiendo del lugar, ya sea por

el tipo de banco de donde se obtiene el material o por su proceso de fabricación , serán diferentes

en todos los lugares, es por eso que al hacer el ensayo con materiales típicos de colima y con su

proceso de construcción del lugar, se podrán obtener datos locales de la ciudad de colima y de sus

alrededores, teniendo ya particularizado ya las gráficas de esfuerzo-deformación que tienen los

muros de mampostería del estado de colima.

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Materiales y métodos.

La metodología que se utilizo fue la práctica y la experimental, ya que a lo largo de la

estancia de verano de investigación se ayudó al montado de aparatos para así realizar el ensayo

de un muro de mampostería a escala real, por lo que hubo interacción directa con el experimento

al hacer piezas necesarias para el ensayo, así como en la labor de acarrear herramientas y

materiales a usar dentro del área del muro, dando como resultado el experimento de ensayar el

muro y obtener de allí datos para su interpretación.

Al momento de integrarse a la investigación ya estaba construido el muro de mampostería

junto a su cimentación mediante el proceso constructivo típico de colima y materiales de la zona

que se encontraba en el sitio donde se iba a realizar el ensayo. Lo primero que se hizo fue una

excavación a un lado del muro donde se haría una rampa, se usaron palas, picos y una carretilla

para sacar el escombro y hacer las cepas. El siguiente paso fue cortar la varillas, hacer los

estribos, los amarres, así como las varillas transversales; una vez hecho esto se procedió a hacer

un concreto con un f´c de 250kg/cm2 para hacer una rampa, sobre la cual se iba a asentar una

estructura metálica, hecho con materiales clásicos de construcción como lo son la arena, la grava,

el cemento y el agua, con la ayuda de una revolvedora la rampa quedo hecha en una tarde. (Véase

imagen 1)

El siguiente paso fue la colocación de la estructura metálica diseño por tesistas de la

escuela la cual soportaría hasta el muro de concreto, fue traída desde Guadalajara llegan a medio

día a la escuela, justo después de eso llego un grúa que ayudaría a mover la estructura que

constaba de dos piezas para poder ser ensamblada y colocada sobre el muro de mampostería, la

estructura metálica estaba equipada con ruedas y apoyadas sobre unos rieles que le permitían

moverse en dos direcciones, lo cual ayudaba a trasladar objetos pesados que serían usados en el

ensayo y en futuros trabajos. Teniendo cerca una grúa se pidió que se movieran dos bloques de

acero que irían por encima del muro para anclarlo al pistón que más adelante se colocaría en el

muro de contención. (Véase la imagen 2)

Después de eso se requería hacer unas placas de acero con agujeros hechos con tornos y

algunos pernos para comenzar a tensar la cimentación del muro con el piso del lugar donde se iba

a ensayar, al igual que otras piezas metálicas en forma de escuadra que fueron cortadas en el

laboratorio de materiales y pulidas con las maquinas que había ahí, los agujeros de las placas se

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hicieron tanto en el laboratorio de ingeniería civil al igual que en el laboratorio de ingeniería

mecatrónica y eléctrica, por último se cortaron espárragos los cuales servirían para sostener los

transistores que ayudarían al ensayo del muro. Una vez hechas todas estas piezas se comenzó a

montar los bloques metálicos, no sin antes ocuparlas para pos tensar la cimentación del muro al

piso del lugar donde se iba a ensayar que ya estaba lista con agujeros para encajar los pernos, el

problema aquí fue que algunos de los agujeros estaban llenos de basura lo cual impedía que

encajaran correctamente, así que lo que se hizo fue mover al muro de aproximadamente 5

toneladas a un lado de los agujeros para poder limpiarlos, entonces fue que se usaron bombas

para garrafón para sacar toda el agua que fuese posible, así como diferentes tubos para soplar y

hacer que el agua saliera. Una vez limpios los agujeros se devolvieron el muro a su lugar original.

En esta parte se usaron dos polipastos, un patín hidráulico con capacidad de 3 toneladas y

una grúa hidráulica con capacidad de 2 toneladas como máximo, todo esto para mover los dos

bloques metálicos, uno tenía una longitud aproximada de 3 metros y la otra de 60 centímetros,

también se volvieron a ocupar los típicos materiales de construcción, ahora para hacer un mortero

fluido el cual permitiera unir la base superior del muro con el bloque metálico de 3 metros, así

que en este caso solo se usó arena, cemento para mortero y agua. Una vez puesto el mortero sobre

el muro se dejó caer el bloque metálico encima de él. Mientras que el otro bloque más pequeño se

dejó a un lado ya que aún no era necesario colocarlo, pero ya después si se colocó al lado del

bloque grande. Al igual que una carga vertical de aproximadamente de 700kg para simular que el

muro formaba parte de una estructura real, esto gracias a un barra de metal atornillado al suelo, y

dos piezas de metal unidas que conectadas con la barra, una rotula y una tuerca, aguantarían los

700kg, esta carga fue puesta con 6 apoyos de concreto. (Véase imagen 3)

A partir de aquí se comenzó a montar el equipo que especialmente haría en ensayo,

comenzando con el pistón de 50 que empujaría al muro, el cual fue sujeto con varias placas al

muro de contención y que aparte se pos tensaron, y estos fueron unidos a la placa pequeña del

muro, después de esto solo quedaba juntar todas la piezas que ya se habían hecho, juntando los

tubos con la diferentes piezas que había, desde pequeñas rotulas, escuadras de metal con

agujeros, hasta la pequeña varillas anclada al muro con resina fueron puestas para hacer el ensayo

del muro dando como resultado dos barras verticales a los extremos del muro; dos barras

horizontales, una arriba y otra abajo, y dos barras diagonales que se cruzaron por el centro del

muro. En cada una de estas iba un transistor el cual se apretaban al tubo mediante grapas de metal

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con un esparrago y tuercas. Los transistores monitoreaban los movimientos que registraban del

muro ante la acción de la fuerza lateral del pistón, y esto quedaba plasmado en una base de datos

que se recopilaban a través de un programa de computadora llamado labview, el cual era muy

necesario, pues el hardware que ocupaba eran los transistores y detectaba cualquier cambio que

ocurriera. Además de los transistores se instalaron 4 micrómetros que también medirían otros

desplazamientos del muro. (Véase imagen 4 y 5)

Resultados

Los resultados de esta investigación aún no están graficados, ya que ocurrió un imprevisto

a la hora de realizar el ensayo, pues el pistón que se utilizó si bien tiene una capacidad de empuje

de 50 toneladas de fuerza, solo contaba con una fuerza de 6 toneladas de contracción, dicho caso

no estaba previsto hasta el momento de realizar la contracción que requería mas de las 6

toneladas de fuerza, porque la mecánica del ensayo era de hacer un ciclo de empuje y de

contracción, pero al encontrar esta limitación la prueba se detuvo para pensar en otras opciones y

poder completar los ciclos de empuje y contracción pensados en un principio, aunque la decisión

final fue que solo se ensayaría aplicando empuje sobre el muro, así pues nuestro investigador nos

explicó que el resultado que se buscaba era una gráfica esfuerzo contra deformación doble, de tal

modo que se viera el desplazamiento del muro ante fuerzas tanto de empuje como de contracción

(véase Figura 1).

Y si aún no están los resultados es porque los alumnos que trabajamos con el Dr. Sánchez

no estuvimos en el ensayo pues este fue realizado hasta el 11 de agosto, y como la Universidad de

Colima entro a clases el 8 de agosto, aún se están trabajando todos los datos para obtener todas

las conclusiones que quedaron registrados, aun así los datos experimentales esperados serian

solo por empujes así que la gráfica esfuerzo-deformación solo se encontraría en el cuadrante

positivo positivo (véase Figura 2).

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Figura 1. Grafica Esfuerzo-deformación con empuje y contracción.

Figura 2. Grafica esfuerzo-deformación solo con empuje.

Imagen 1. Rampa de concreto

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Imagen 2. Estructura metálica

Imagen 3. Bloques puestos sobre el muro.

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Imagen 4. Colocación del pistón.

Imagen 5. Instrumentación del muro

Discusión y conclusiones.

Se concluye que de los resultados que se obtendrán de este ensayo, solo serán los

primeros de muchos ensayos que se realizaran a partir de ahora en el estado de colima, para así

conocer a detalles como se comportan las estructuras de mampostería con materiales típicos de la

zona, siendo también como el principio del estudio para mejorar los sistemas constructivos no

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solo de muros, sino también hasta de poder exigir un mejor proceso de calidad de fabricación de

piezas, haciendo que estas cumplan con los estándares mínimos requeridos para asegurar que las

estructuras soporten movimientos sísmicos de mayor grado posible.

Se discutía con el investigador que debería ser necesario esta tipo de pruebas en todos los

estados del país, pues todas la zonas tienen diferentes proceso de elaboración de piezas, así como

diferentes procesos de construcción, que si bien algunos no llegasen a tener mucho cambio, en

algunas partes si pudieran haber cambios significativos, por lo que sería necesario obtener datos

de la mayoría para así mejorar el rendimiento de las estructuras, pues estas se conocerían

perfectamente gracias a los ensayos hechos.

Por último, uno de los temas que también se platicaba con el Dr. Sánchez era el hecho de

construir debidamente las viviendas, pues de no hacerlo podrían ser muy vulnerables a sufrir

graves daños en su infraestructura corriendo peligro sus habitantes de seguir viviendo allí.

Agradecimientos.

Agradezco: Al programa delfín por haberme permitido participar como joven investigador en el

XXI Verano de Investigación Científico y Tecnológico del Pacifico 2016.

A la Universidad Autónoma de Guerrero, que me apoyo durante los tramites correspondientes

Al profesor-investigador Dr. Alfredo Sánchez Alejandro por haberme aceptado en su

investigación, y permitirme haber participado bajo su supervisión.

A mis padres que siempre me han apoyado en las decisiones que he tomado

Y a mis compañeros que estuvieron conmigo durante la estancia.

Referencias.

En este trabajo no se realizó ninguna referencia.