ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL COMPORTAMIENTO DE MUROS DE CONCRETO DE BAJA RESISTENCIA Dr. Ing. Carlos Alberto Zavala Toledo RESUMEN Se presentan los parámetros de resistencia y comportamiento de muros que en conjunto forman un sistema constructivo. Los muros son fabricados a partir de un fuste con malla electrosoldada y concreto de baja resistencia. Para tal efecto se presentan los resultados de cuatro ensayos en muros de concreto de 10 cm. de espesor con refuerzo mínimo y los resultados de un ensayo a escala natural utilizando los muros propuestos. 1. INTRODUCCION Durante la primavera de 1998 se realizaron en el Laboratorio de Estructuras del Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres Naturales (CISMID) de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional de Ingeniería, un conjunto de ensayos para estudiar el comportamiento estructural del sistema de vivienda AGV. El sistema esta basado en muros con espesor de 10 cm. fabricados con concreto pobre reforzados con malla electrosoldada. Se realizaron ensayos en muros y ensayos en un módulo a escala natural de un piso. 2. ACERCA DEL SISTEMA COSNTRUCTIVO El sistema constructivo, se utilizara para desarrollar una vivienda cuya área techada es de 89.6 m2, de dos niveles, la que ha sido modulada para una construcción en cinco etapas. - Etapa 01: área techada acumulada 25.20 m2 (sala - comedor - baño) - Etapa 02: área techada acumulada 34.51 m2 (Etapa01+cocina+closet) - Etapa 03: área techada acumulada 44.80 m2 (Etapa02+dormitorio) - Etapa 04: área techada acumulada 50.91 m2 (Etapa03+escalera) - Etapa 05: área techada acumulada 89.60 m2 (Etapa04+segundo piso) Los componentes principales de esta vivienda son las losas y muros de concreto armado de 10 cm. de espesor. En estos componentes se utiliza concreto de baja resistencia de slump máximo de manera que tenga una buena trabajabilidad y al utilizar un encofrado metálico, se logre las secciones adecuadas que garanticen las características asumidas en el análisis estructural. El presente estudio considera ensayos que muestran el comportamiento de los elementos muros actuando individualmente frente a cargas laterales. Luego se llevará a cabo un ensayo de un módulo a escala natural que mostrará el comportamiento del sistema.

3- ENSAYOS CICLICOS EN MUROS Con la finalidad de evaluar el comportamiento estructural de los muros, se llevaron a cabo ensayos cíclicos con carga lateral y carga de confinamiento vertical, considerando diferentes niveles de distorsión angular del nivel del entrepiso. Para reproducir las condiciones de carga de un muro del primer nivel, se ha considerado una carga de confinamiento de 3.1 t., que actuará sobre el muro simulando el efecto de un segundo nivel sobre éste, actuando verticalmente sobre el muro.

Figura N.1 - Dimensiones del espécimen muro El concreto utilizado en cada espécimen corresponde a un diseño de mezcla cuya dosificación en peso y resistencia es presentada en la Tabla N.1. Tabla N.1 - Características de los Especímenes Muro Denominación Resistencia del Dosificación en Calidad Del Espécimen Concreto - f’c Peso (Kg/m3) Esperada (Kg/cm2) AGV-01 90 200 Pobre AGV-02 72 255 Bueno AGV-03 135 230 Medio (*) (*) AGV-04 NR NR Mejorada (*) NO REGISTRADA

De los resultados de la Tabla puede leerse que un valor promedio de la resistencia del concreto es de 100 Kg/cm2. Asimismo se efectúo ensayos de tracción de una varilla lisa de φ ¼“ de la misma calidad de la utilizada en la malla, proporcionando un valor de Fu=5093 Kg/cm2. Como es de conocimiento general, la resistencia de este tipo de varilla depende mucho del proceso de trefilado, que induce variaciones en la resistencia. Este tipo de refuerzo no puede ser clasificado ni como un acero A-36 o un acero A-60. De los resultados del ensayo se determino un valor del punto de fluencia (Fy) del orden de los 2900 Kg/cm2. El espécimen AGV-04, fue ensayado considerando un refuerzo adicional de 2φ1/2“ en los extremos con la finalidad de asegurar un comportamiento de muro de corte.

4. MONTAJE E INSTRUMENTACION PARA EL ENSAYO DE MURO

Figura N.2 - Posición de los Sensores en el Muro Sensores de desplazamiento fueron colocados en posiciones que esperan concentración de esfuerzos, tal como puede apreciarse en la Figura N.2. Asimismo se colocaron medidores de deformación unitaria que se muestran en la Figura N.3.

Figura N.3- Posición de los Medidores de deformación en el Acero de Refuerzo

5. METODOLOGÍA DEL ENSAYO CICLICO Asumiendo que el espécimen muro pertenece al primer nivel de una vivienda unifamiliar de dos pisos, con una sobrecarga de 200 Kg/m2 y una losa de 0.1 m de espesor y acabados de piso terminado y cielo raso, se considero una carga de confinamiento de 3.1 t. Confinado el espécimen por la carga axial, se sometió el muro a la acción de cargas laterales aplicadas cíclicamente a través de un actuador electrohidraúlico de 200 mm. de carrera del émbolo y actuando bajo un rango de cargas de 25 t.

6. RESULTADOS Los resultados de cuatro ensayos cíclicos de muros son presentados en la Figura 4. Se muestran la curva histeréticas de respuesta para la carga aplicada y las deformaciones a nivel 2400 mm. del muro. Desplazamiento - Carga Lateral Muro AGV-01

Carga Lateral vs. Desplazamiento Muro AGV-02

20

20

16

15 Carga Lateral (Tf.)

Carga (Tf)

12 8 4 0 -15

-12

-9

-6

-3 -4 0

3

6

9

12

15

-8 -12

10 5 0 -15 - 1 2

-9

-6

-3

-5

0

3

6

9

12

15

-10 -15

-16 -20 Desplazamiento (mm)

-20 desplazamiento (mm)

Desplazamiento -Carga Lateral Muro -AGV-04

Desplazamiento - Carga Lateral Muro AGV-03

20

20

16

15

8

5

Cortante (Tf.)

Carga Lateral (Tf)

12

10

0 -15 -12

-9

-6

-3

-5

0

3

6

9

12

15

4 -15

-12

-9

-6

0 - 3 -4 0

3

6

9

12

15

-8

-10

-12

-15

-16

-20

-20 desplazamiento (mm)

desplazamiento (mm)

Figura N.4: Curvas histeréticas de Especímenes muros A partir de las curvas histeréticas se elaboran las curvas de comportamiento o envolventes de los ensayos cíclicos. Los resultados son presentados en la Figura N.5. Curvas de Comportamiento Muros AGV

AGV-04

20

AGV-03

15

AGV-02

10

AGV-01

5 Tf

1/250

0 -15 -12

-9

-6

-3 -5 0

1/500 3

6

9

12

15

1/625

-10

1/1250

-15

1/2500

-20

1/5000

desplazamiento (mm)

Figura N.5: Curvas histeréticas de Especímenes muros

7. ENSAYO DE UN MÓDULO A ESCALA NATURAL Se desarrollo el ensayo a escala natural del sistema en estudio, considerando el sistema de vivienda en su etapa 01 como espécimen para ensayar, el mismo que se presenta en la Foto 1.

Foto 1: Espécimen a escala natural del sistema AGV Las cargas fueron aplicadas mediante control de desplazamientos en el nivel 2250 mm. del módulo. Los desplazamientos laterales fueron aplicados tratando de reproducir distorsiones en este nivel de aplicación de carga del orden de 1/5000, 1/2500, 1/1250, 1/650, 1/500,1/250. La aplicación de los desplazamientos se hizo a través de actuadores electrohidraúlicos mediante control de desplazamientos. El sistema de medición registró en cada paso de aplicación el desplazamiento producido. Para evaluar la demanda sísmica de acuerdo a la NT. E-030 RNC, se hizo una estimación del nivel de aceleración espectral con la que esta estructura debería ser excitada en un análisis dinámico, se puede calcular utilizando los mismos factores así: Sa = (Z x U x S x C) / R x g = 0.28 g. suelo flexible Sa = (Z x U x S x C) / R x g = 0.20 g. suelo rígido En la Figura 6 se comparan los resultados del ensayo monotónico realizado en el espécimen a escala natural con los requerimientos para el sismo de diseño de la NT. E-030 RNC.

Ensayo Monotonico- Modulo de Vivienda AGV 70 60 Cortanta (Tf.)

Ensayo 50

1/5000

40

1/2500

30

1/1500 1/1250

20 10 0 0

0.5

1 1.5 desplazamiento (mm)

2

Figura 6: Comportamiento del Modulo a escala natural.

8. CONCLUSIONES -

Se han presentado el comportamiento de muros basados en concreto pobre y slump máximo.

-

Se ha mostrado la superposición de las curvas de comportamiento de los cuatro especímenes muro sujetos a carga cíclica. Como puede observarse solamente el especimen-2 pudo llegar a una distorsión máxima de 1/250; mientras que el resto de los especímenes experimentaron un valor máximo de distorsión del orden de 1/625. Sin embargo para propósitos de análisis, puede leerse que para una distorsión de 1/1250 los muros han incursionado en el rango inelástico pero conservan aún capacidad para resistir deformaciones, motivo por el cual se podría recomendar una distorsión máxima inelástica de este orden para este sistema.

-

De los componentes muros ensayado muestran que si bien es cierto la distorsión de 1/1250 es un elástico en donde no se alcanzaría mucho agrietamiento en el muro, sin embargo el nivel de distorsión ultima es de 1/250 que muestra un rango aceptable de disipación de energía.

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La construcción utilizando este tipo de muro es una alternativa emergente para la construcción de vivienda popular de bajo costo.

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Se realizó un ensayo a escala natural de un módulo de un piso utilizando el sistema constructivo AGV. El módulo fue construido como una estructura de muros de concreto pobre con refuerzo mínimo.

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La falla del módulo se produjo por cizallamiento en la base; esta misma falla se presentó en los ensayos de muros. Una vista del estado final del módulo es presentada en la Foto 1 . Debe destacarse que el espécimen es sumamente rígido, con valores que oscilan en un rango de 517 t/cm a 609 t/cm. Si

tomamos un valor promedio dentro del rango el espécimen posee una rigidez elástica del orden de 563 t/cm. -

El sistema ha sido aplicado con éxito en el proceso de reconstrucción de la ciudad de Ica, luego del fenómeno del Niño. Seria ideal que la escena que se presenta en las Fotos 2 y 3.

Foto 2: Vivienda precaria

Foto 3: Vivienda con Sistema Probado

9. AGRADECIMIENTO Nuestro infinito agradecimiento al Banco de Materiales, y al MSc. Ing. Adolfo Galvez Villacorta por la confianza depositada en el personal del Laboratorio de estructuras de CISMID para la ejecución del estudio del sistema constructivo AGV, hecho que refleja las necesidades del nuevo milenio en donde la industria de la construcción y la universidad deben interactuar en búsqueda de soluciones basadas en tecnología propia.