1
1
Evaluación sísmica de muros no portantes de albañilería según la norma E-070 utilizados en cercos de la ciudad de Huancayo-2019 Seismic evaluation of non-masonry bearing walls according to E-070 standard used in fences in the city of Huancayo-2019 Cristobal J.1, Palacios H.1 1 Universidad
Continental, Faculta de Ingeniería: Carrera Profesional de Ingeniería Civil Universidad Continental, San Carlos N° 1980, Huancayo, Perú 71788759@continental.edu.pe 71423478@continental.edu.pe
Resumen La mampostería ampliamente utilizada en todo el mundo, y en el Perú la mayor parte de las viviendas son de este material que está compuesto por unidades y un adhesivo, las unidades pueden ser clasificadas de diferentes maneras, pero principalmente se clasifican por su tamaño que son ladrillo y bloque, el adhesivo puede ser el mortero o el grout. El historial sísmico en Perú es muy extenso y las victimas que cobra la catástrofe son altas, en Huancayo la falla del Huaytapallana es la más cercana, y la probabilidad de un sismo es alto, pero a consecuencia podría destruir gran parte de los sistemas de albañilería confinada y volteo de muros perimétricos. Se saca un muestreo en la zona de San Carlos lo cual consistió en sacar las medidas de todos los muros con una wincha y se recolecto los datos en un cuaderno de apuntes. Los datos que vamos anotar de los muros portantes son las alturas, el espesor, el ancho y el tipo de borde arriostrado. Los muros de 4 bordes arriostrados son los más recomendables para el diseño de cargas perpendiculares a su plano, pero son los menos utilizados. Estos evitarían gastos económicos y pérdidas de vidas en un sismo severo.
Summary Masonry widely used throughout the world, and in Peru most of the homes are made of this material that is composed of units and an adhesive, the units can be classified in different ways, but mainly they are classified by their size which are brick and block, the adhesive can be mortar or grout. The seismic history in Peru is very extensive and the victims that the catastrophe charges are high, in Huancayo the Huaytapallana fault is the closest, and the probability of an earthquake is high, but as a result it could destroy much of the masonry systems confined and turning perimeter walls. A sampling is taken in the San Carlos area, which consisted of taking the measurements of all the walls with a wincha and the data was collected in a notebook. The data that we are going to write down of the bearing walls are the heights, the thickness, the width and the type of braced edge. The walls with 4 braced edges are the most recommended for the design of loads perpendicular to their plane, but they are the least used. These would avoid economic expenses and loss of life in a severe earthquake.
Palabras Claves | Key words: mampostería, albañilería confinada, sismorresistente, muro portante, ladrillo masonry, confined masonry, earthquake resistant, bearing wall, brick
2
Introducción El problema que surge en Europa, en el país de España en la emblemática zona del centro de Barcelona, denominada Eixample, que fue proyectada a mediados del siglo XIX, se encuentran edificios de mampostería no reforzada incorporados en numerosos conjuntos casi cuadrados, denominados islas o manzanas. La construcción de los edificios de este tipo fue realizada entre los años 1860 y 1940, con 25 edificios en promedio por cada isla diseñados únicamente a carga vertical y sin ninguna consideración sismorresistente, ya que casi todos los diseños son anteriores a la primera normativa de diseño sismorresistente en España. La totalidad de los edificios de este tipo existentes en la zona ya han cumplido su período de vida útil y sólo una pequeña parte de los edificios del sector son nuevos, fruto de la demolición de antiguos edificios y de la aparición del hormigón armado (Bonett, R., Barbat, A., y Pujades, L., 2004, p. 429). De la misma manera en latinoamérica, la mampostería es un material ampliamente utilizado para la construcción de viviendas en México. Desafortunadamente, el uso de los espacios urbanos requiere, en muchos casos, que la configuración estructural de las edificaciones dependa más de las necesidades arquitectónicas del proyecto que de un buen juicio de estructuración. Bajo estas circunstancias, los métodos de diseño basados en resistencia pueden dar lugar a sistemas sismorresistentes con un bajo nivel de inseguridad estructural (Zúñiga Cuevas, O., y Terán Gilmore, A., 2008, p. 26). Debido a que, en el Perú, la mayor parte de las viviendas y edificios han sido construidos bajo la configuración estructural de albañilería confinada, la cual está conformada por muros confinados compuestos por ladrillos de arcilla, losa aligerada, columnas de amarre, cimientos y vigas soleras. Nace la interrogante de saber cuál es la calidad de las unidades de albañilería con la que construimos nuestras edificaciones de albañilería confinada en la ciudad de Huancayo y Provincia de Concepción. Ya que el mal empleo de estos en edificaciones de grandes cargas de peso y sismo podría ser muy peligroso para sus ocupantes (Alarcón Galindo, 2016, p. XV). En Junín, en su historial sísmico, lleva varios episodios que retratan la destrucción pura como el terremoto en Tarma en 1938, que dejó 350 muertos; el terremoto en Satipo en 1947 de 7.8 grados, que, acompañado de deslizamientos, provocó la muerte de 2235 personas; el sismo de Ulcumayo en 1962 de 6.1 grados, llevando consigo la muerte de 30 personas y el terremoto en Pariahuanca en 1969 de 7 grados, que causó la muerte de 1300 personas. Este último
producto de la falla geológica del Huaytapallana (Vargas, 2014). El propósito de este artículo es que en la región de Centro del Perú existen 3 fallas geológicas, la falla del Huaytapallana es la más cercana a la ciudad de Huancayo. La ocurrencia de un sismo en el Valle del Mantaro podría llevar a un colapso en diversas estructuras. El objetivo de este artículo es analizar, evaluar y verificar el diseño sismorresistente de la albañilería confinada y/o no confinada de los cercos en la ciudad de Huancayo según los requerimientos mínimos establecidos en la Norma E-070 Albañilería que fue establecida por el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento. Evaluación sísmica se denomina vulnerabilidad al grado de daño que sufre una estructura debido a un evento sísmico de determinadas características. Estas estructuras se pueden calificar en “más vulnerables” o “menos vulnerables” ante un evento sísmico. Se debe de tener en cuenta que la vulnerabilidad sísmica de una estructura es una propiedad intrínseca a sí misma, y, además, es independiente de la peligrosidad del lugar ya que se ha observado en sismos anteriores que edificaciones de un tipo estructural similar sufren daños diferentes, teniendo en cuenta que se encuentran en la misma zona sísmica (Mercado Arimborgo, 2016, p. 16). Ladrillo de albañilería es la cocción de arcillas en hornos surgen los tabiques de barro recocido, con mayores resistencias que los adobes. Su aceptación se debió a su durabilidad, su resistencia y a la estética que les brinda a las construcciones. Con un proceso más industrializado y con un control de calidad más elevado se elaboran en la actualidad ladrillos cerámicos con resistencias mayores con diversas formas y distintos colores, los cuales no requieren un acabado ya que poseen una textura agradable. Sin embargo, su costo es mayor a los tabiques recocidos (Salinas Vallejo, 2009, p. 1). De igual forma se están fabricando bloques de concreto aligerado huecos o macizos con dimensiones mayores a las de los tabiques, con diferentes texturas y colores, que brindan otra alternativa para las construcciones de mampostería. Sin embargo, frecuentemente sus resistencias son bajas y no cumplen con las resistencias mínimas especificadas en las normas (Salinas Vallejo, 2009, p. 1). La albañilería confinada está compuesta por "unidades de albañilería" asentadas con mortero o por "unidades de albañilería" apiladas, en cuyo caso son integradas con concreto líquido. El arriostre según la E-070 “Elemento de refuerzo (horizontal o vertical) o muro transversal que cumple la función de proveer estabilidad y resistencia a los muros portantes y no portantes sujetos a cargas
3 perpendiculares a su plano” (Servicio nacional de capacitacion para la industria de la construcción, 2019, pág. 6).
Métodos y materiales Investigación exploratoria: Busca especificar propiedades, características y rasgos importantes de cualquier fenómeno que se analice. Los estudios exploratorios se efectúan, normalmente, cuando el objetivo es examinar un tema o problema de investigación poco estudiado, del cual se tienen muchas dudas o no se ha abordado antes. Es decir, cuando la revisión de la literatura reveló que tan sólo hay guías no investigadas e ideas vagamente relacionadas con el problema de estudio, o bien, si deseamos indagar sobre temas y áreas desde nuevas perspectivas o ampliar las existentes (Hernández Sampieri, R., Fernández Collado, C., y Baptista Lucio, P., 2010, p. 93). El instrumento usado para la investigación fue un cuaderno de apuntes como ficha de observación según Javier Callejo Gallego, las notas de campo se alimentan de los aspectos significativos que pueden observarse y recordarse. El objetivo de las notas manifiesta también la ambición de totalidad de esta práctica de investigación, pues se propone que han de recogerlo todo con el máximo detalle (Callejo Gallego, 2002, pág. 414) y una wincha definida por Jaime Restrepo Díaz “está normalmente fabricada de fleje metálico o fibra textil, tiene una escala grabada sobre su superficie, graduada y numerada en el sistema métrico. Las divisiones suelen ser en milímetros, centímetros y metros” (Díaz, 2007, p. 85) para recolectar la información. Se procedió a tomar 37 cercos o muros perimetricos de la cuadra 9 hasta cdra 18 de San Carlos, para tener un muestreo más amplio y preciso, tomando el diseño transaccional descriptivo como método para recolectar y analizar los datos. Se tomaron las medidas longitudinales necesarias de los muros no portantes de albañilería, separándolos en tres grupos según la norma E-070 (SENCICO, 2019, p. 60): Muro en voladizo y muros con tres o cuatro bordes arriostrados, no se tomó en cuenta el muro arriostrado solo en los bordes horizontales ya que en Huancayo aún no se aplica este tipo de construcciones dado que el material más usado en la zona son los ladrillos de arcilla. Una vez teniendo los datos se analizaron según el artículo 68 de la Norma E-070 donde indica que primero se realiza el metrado de carga w=0.4 Z.U.S. Pe, donde Z (Zona), S (Suelo) y U (Utilidad) se obtienen de la E-0.30 Diseño Sismorresistente, y Pe (peso del muro por unidad de área). Una vez teniendo el metrado se obtiene el momento sísmico Ms=m.a2.w, m (coeficiente del momento) se obtiene de la tabla 23 de la E-070 dependiendo a cuál de los cuatro casos corresponde, en nuestro caso solo escogeremos entre el caso 1, 2 y 4. Obteniendo el Ms
se determina los esfuerzos máximos ft= 6Ms/t2, donde t es espesor especifico. El ft debe ser menor o igual a 1.5 kg/cm2, si cumple la condición se considera albañilería reforzada, en caso contrario albañilería no reforzada.
Resultados En la Tabla 1 se muestran los datos obtenidos el día 02 de noviembre de los muros no portantes, se midió el espesor, la altura, el ancho y se anotó el tipo de arriostre que presentó. Para la obtención del tipo de arriostre se utilizó la figura 1 sacada de la Norma E0.70 Albañilería.
Tabla 1 Ficha de Observación N°
Borde
t(m)
a(m)
b(m)
1
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.5
2.4
2
3 Bordes Arriostrados
0.13
2.2
2.4
3
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.3
4
4
En Voladizo
0.13
2.45
3
5
3 Bordes Arriostrados
0.13
2.4
2.2
6
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.4
3.5
7
En Voladizo
0.13
2.3
3.4
8
3 Bordes Arriostrados
0.13
2.3
3.5
9
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.4
4.2
10
En Voladizo
0.13
2.3
3.8
11
3 Bordes Arriostrados
0.13
3
2.5
12
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.5
2.4
13
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.4
3.4
14
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.2
2.1
15
En Voladizo
0.13
2.4
3.6
16
En Voladizo
0.13
2.35
3.8
17
3 Bordes Arriostrados
0.13
2.9
2.35
18
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.4
3.7
19
En Voladizo
0.13
2
3.4
20
3 Bordes Arriostrados
0.13
3
2.45
21
En Voladizo
0.13
2.4
3.8
22
3 Bordes Arriostrados
0.13
4
2.4
23
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.3
4.8
24
En Voladizo
0.13
2.4
3.75
25
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.8
2.3
26
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.5
2.4
27
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.7
2.35
28
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.9
4.3
29
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.4
3
30
En Voladizo
0.13
2.35
3.6
31
En Voladizo
0.13
2.4
3.4
32
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.8
2.4
4 33
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.9
2.37
34
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.3
4.1
35
3 Bordes Arriostrados
0.13
4
2.4
N°
ft
ft<1.5
36
3 Bordes Arriostrados
0.13
3.5
2.3
1
0.23
Si cumple
37
4 Bordes Arriostrados
0.13
2.4
3.7
2
1.20
Si cumple
3
0.91
Si cumple
4
5.61
No cumple
5
1.15
Si cumple
6
0.85
Si cumple
7
4.94
No cumple
8
1.27
Si cumple
9
1.00
Si cumple
10
4.94
No cumple
11
1.68
No cumple
12
1.95
No cumple
13
0.82
Si cumple
14
1.56
No cumple
15
5.38
No cumple
16
5.16
No cumple
17
1.54
No cumple
18
0.89
Si cumple
19
3.74
No cumple
20
1.66
No cumple
21
5.38
No cumple
22
2.21
No cumple
23
1.02
Si cumple
24
5.38
No cumple
Figura 1. Obtención del momento debido a la flexión perpendicular al plano del muro, se emplearon procedimientos basados en teorías elásticas y lineas potenciales de falla. Sacado de “PROPUESTA DE NORMA E.070 ALBAÑILERIA” por SENCICO, 2007, p. 15.
25
2.01
No cumple
26
1.95
No cumple
27
2.01
No cumple
28
3.28
No cumple
29
0.71
Si cumple
El análisis se enfocó en calcular el momento debido a la flexión perpendicular al plano de los 37 muros en los cuales se supondrá que actúan como una losa simplemente apoyada en sus arriostres, sujetas a cargas sísmicas uniformemente distribuida. Se analizó 10 muros donde se encontraron en voladizo, 18 muros se encontraron con 3 bordes arriostrados y 9 muro se encontraron con 4 bordes arriostrados.
30
5.16
No cumple
31
5.38
No cumple
32
2.11
No cumple
33
2.13
No cumple
34
0.93
Si cumple
35
2.21
No cumple
36
1.86
No cumple
Nota: t = Espesor efectivo del muro; a = Dimensión crítica del paño de albañilería (ver la Figura 1), en metros; b = longitud del borde faltante (ver la Figura 1), en metros.
Tabla 2 Ficha de resultados
37 0.89 Si cumple Nota: ft = El esuerzo admisible a traccion por flexión de la albañileria. El esfuerzo admisible en tracción por flexion de la albañilería se supondra igual a: ft = 1,50 kg/cm2 para albañilería simple.
5 muros no cumple con los requerimientos mínimos que exige la Norma E0.70 Albañilería por lo cual estos muros sufririan un volteo o fisuras significativas por lo cual generaria un gasto económico significativo para repararlo o volver a construir según las especificaciones de la Norma mencionada anteriormente.
ft<1.5 40
24 13
20 0
Si Cumple
No Cumple
Si Cumple
No Cumple
Figura 2. Muros que soportan el momento máximo a la flexion perpendicular a su plano. Elaboración propia. 2019.
Borde 18
20 10 0
10
9
3 Bordes Arriostrados
4 Bordes Arriostrados
En Voladizo
Figura 3. Cantidad de muros según su tipo de borde arriostrado. Elaboracion propia. 2019.
15
En la figura 3 se muestran los diferentes tipos y sus respectivas cantidades de muros usados en la Av. San Carlos-Huancayo. Con 3 bordes arriostrados se encontraron 18 muros siento este el más utilizado en la zona por su relación costo y resistencia a cargas perpendiculares es accesible, en voladizo se encontraron 10 muros lo cual es la más económica además esta es utilizada en su mayoria sólo para cercar terrenos sin uso, y con todos los bordes arriostrados se encontro 9 muros considerados como albañileria confinada que te aseguran una resistencia a cargas perpendiculares y su costo es más elevado por la cantidad de concreto y acero usado. En la Figura 4 se observa un resumen general de cumplimiento a los requerimientos mínimos de la Norma E0.70 Albañilería. Los muros con 4 bordes arriostrados soportan cargas perpendiculares a su plano, lo cuál deberia ser empleado en todos los cercos perimétricos, por que si sucede un sismo en la ciudad de Huancayo este soporte las cargas perpendiculares a su plano y lo cual no falle por volteo y solo se fisure levemente, esto evitaría menos pérdidas económicas de daños materiales al momento de repararla y no volver a construir otro muro nuevamente en caso que colapse, a la vez evitar pérdidas humanas por la falla de volteo del muro.
Referencias 14 Alarcon
10 9
8
5 4
0
2
0 3 Bordes Arriostrados
4 Bordes Arriostrados
Si Cumple
Galindo, H. D. (2016). Comportamiento estructural en muros de albañilería confinada compuesto por ladrillos de arcilla fabricados en Huancayo-Concepción-2016. XV.
En Voladizo
No Cumple
Figura 4. Cantidad de muros que soportan cargas perpendiculares respecto al tipo de bordes arriostrados. Elaboración propia. 2019.
Bonett, R., Barbat, A., y Pujades, L. (2004). Curvas de fragilidad sísmica para edificios tradicionales de mampostería no reforzada de Barcelona, España. 6to Congreso Nacional de Sismología e Ingeniería Sísmica. 429. Callejo Gallego, J. (2002). Observación, entrevista y grupo de discusión: el silencio de tres prácticas de investigación. Revista española de salud pública, 414.
Discusión
Díaz, J. R. (2007). Metrología II. ITM.
Los resultados de este análisis muestran los momentos debido a la flexión perpendicular al plano de muros no portante de albañileria. Al tratarse de cercos, tabiqueria y parapetos en su mayoria no son diseñadas para soportar cargas perpendiculares a su plano. Los muros perimétricos de albañileria confinada y no confianda es un tema poco explorado, en la Figura 2 se muestran las cantidades de muros que soportan momentos debidos a la flexión perpendicular al plano. Como se observa la cantidad de
Hernández Sampieri R., Fernández Collado C., Baptista Lucio, P. (2007). Metodología de la Investigación. 4ª ed. México: McGraw Hill / Interamericana Editores SA. Hernández Sampieri, R., Fernández Collado, C., y Baptista Lucio, P. (2010). Metodología de la investigación. Mexico: McGraw-Hill Interamerican.
6 Mercado Arimborgo, M. V. (2016). Analisis de la Vulnerabilidad Sismica de las Viviendas Informales en la Ciudad de Huancayo 2016. pag. 16. Salinas Vallejo, V. H. (2009). Comportamiento ante cargas laterales de muros de mampostería combinada unidos con morteros utilizados en la autoconstrucción (Master's thesis, Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., Pag. 1. Servicio nacional de capacitacion para la industria de la construcción. (2019). Norma E-070 Albañilería. Norma E-070, 6. Vargas, O. (22 de Octubre de 2014). TERREMOTO ACECHA LA REGIÓN CENTRO. CORREO. Zúñiga Cuevas, O., y Terán Gilmore, A. (2008). Evaluación basada en desplazamientos de edificaciones de mampostería confinada. Ingeniería sísmica, 26.