Evaluación sismorresistente de muros de mampostería confinada

La construcción con base en muros de mampostería confinada es un sistema estructural ampliamente empleado para la construcción de viviendas en América Latina, Asia y Europa. Un muro de mampostería confinada consiste básicamente en un paño de mampostería rodeado en todo su perímetro por elementos esbeltos de concreto reforzado vaciados en sitio luego de la construcción del paño.

Dichos paños son usualmente fabricados con ladrillos de arcilla, con bloques huecos de arcilla o de concreto unidos con mortero de cemento. Los elementos de confinamiento verticales son usualmente denominados machones y los elementos de confinamiento horizontales son denominados vigas de corona, siendo las dimensiones de sus secciones transversales comparables con el espesor del paño de mampostería.

En Venezuela un alto porcentaje de la población emplea la mampostería confinada como el sistema constructivo para la construcción informal de sus viviendas, contando con poco o ningún control por parte de las autoridades competentes (véase por ejemplo Bolívar et al., 1994). La situación planteada se agrava al considerar que una gran cantidad de la población vive en las zonas de mayor amenaza sísmica del país de acuerdo con la zonificación de la Norma Venezolana 1756 (Covenin Funvisis, 2001). Por otra parte, el sector formal de la construcción ha empezado a ver con interés el uso de la mampostería confinada como una alternativa válida y viable para fabricar viviendas en forma masiva; sin embargo, no existe en el país una normativa actualizada para este sistema constructivo puesto que la última es de 1955 (Ministerio de Obras Públicas, 1959), por lo que para su diseño y construcción se recurre a normativas de otros países latinoamericanos, muchas veces sin tomar en cuenta la particularidad de los materiales y métodos constructivos empleados en el país.

El objetivo de este trabajo es evaluar experimentalmente el efecto del número de elementos de confinamiento verticales, o machones, en el comportamiento sismorresistente de muros de mampostería confinada (Marinilli, 2004). El trabajo forma parte de un proyecto de investigación desarrollado desde hace varios años por el Instituto de Materiales y Modelos Estructurales (IMME), organismo adscrito a la Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela (FI/UCV), con la finalidad de racionalizar el uso de la mampostería para fines estructurales y sismorresistentes (López et al., 1985).

Separación de elementos de confinamiento vertical

A continuación se presentan algunos requisitos normativos sobre la separación de los elementos de confinamiento verticales, o machones, en muros de mampostería confinada. La norma argentina (INPRES-CIRSOC 103, 1991) indica que se deben colocar machones en los extremos libres de los muros, en las intersecciones con otros muros y que se deben colocar machones intermedios para cumplir con las dimensiones y áreas máximas estipuladas. Las dimensiones máximas de los paños de mampostería dependen de la zona sísmica en consideración; así para las zonas de mayor amenaza (zonas 3 y 4) se establece un área máxima de 20m² y una dimensión máxima de hasta 5m. La distancia máxima entre ejes de machones no podrá exceder de dos veces la distancia entre ejes de apoyos horizontales.

La norma chilena (NCh2123, 1997) señala que se deben colocar machones en todos los bordes libres de los muros, en todas las intersecciones de muros y en el interior de un paño de mampostería, para que el área máxima del mismo sea 12,5m2 o tenga una dimensión horizontal máxima de 6m entre ejes de machones sucesivos. La norma colombiana (NSR, 1998) señala que se deben colocar machones en todos los extremos de los muros estructurales, en las intersecciones con otros muros estructurales, en lugares intermedios a distancias no mayores de 35 veces el espesor efectivo del muro, 1,5 veces la distancia entre elementos horizontales de confinamiento o 4m. La norma mexicana (NTCM, 2004) indica que se deben colocar machones por lo menos en los extremos de los muros, en las intersecciones con otros muros y en puntos intermedios de un muro a una separación no mayor que 1,5 veces la altura del muro ni 4m. La norma peruana (Sencico, 2006) señala que la distancia máxima medida centro a centro entre los machones sea dos veces la distancia entre los elementos de confinamiento horizontales y no mayor de 5m.

La norma venezolana (Ministerio de Obras Públicas, 1959) indicaba que para construcciones sismorresistentes se deben colocar machones en todas las intersecciones de muros y que la distancia entre centros de machones no debía ser superior a 20 veces el espesor del muro. Es interesante destacar que en Venezuela es usual encontrar machones separados de 4 a 6m en las construcciones informales de mampostería confinada. Finalmente, la norma europea (EN 1996-1-1, 2002) indica que deben colocarse elementos de confinamiento a nivel de cada piso, en los extremos de los muros, en cada intersección de muros, e indica que se requieren elementos adicionales para asegurar que el espaciamiento máximo, tanto horizontal como vertical, sea 4m.

Antecedentes

En la literatura técnica especializada puede encontrarse abundante información sobre ensayos de muros de mampostería confinada sometidos a carga vertical y carga lateral de tipo sísmico. En la mayoría de los casos los muros estaban compuestos por un paño de mampostería, dos machones y una viga de corona. Por ejemplo, Hernández y Meli (Hernández y Meli, 1976) ensayaron en total quince muros a escala natural, ocho fabricados con tabiques extruidos y siete con bloques de concreto, proponiendo con base en los resultados obtenidos recomendaciones para análisis, diseño, detallado y construcción. Gallegos (Gallegos, 1989) presenta los resultados de diversos programas de ensayo realizados por el autor y por otros investigadores, analizando de manera muy detallada todos los aspectos que influyen en el comportamiento de la mampostería confinada. Tomazevic y Klemenc (Tomazevic y Klemenc, 1997a) realizaron seis ensayos de muros fabricados a escala 1:5 con bloques huecos de concreto, tres de mampostería confinada y tres de mampostería no reforzada, desarrollando un modelo del comportamiento carga contra desplazamiento para la mampostería. Por otra parte, Yoshimura et al. (Yoshimura et al., 2000) ensayaron dieciocho muros fabricados a escala 1:2 con bloques huecos de concreto, considerando variables como la altura de aplicación de la carga horizontal, la presencia y detallado de refuerzo interno  en el paño de mampostería y el nivel de la carga vertical.

De igual manera, Castilla (Castilla, 1990) presenta un estudio completo del comportamiento de muros fabricados a escala natural con bloques huecos de arcilla. Carrillo y Molina (Carrillo y Molina, 1997) presentan un estudio del comportamiento de muros fabricados a escala 1:2 con ladrillos macizos de arcilla y Castilla (Castilla, 1998) presenta un estudio completo del comportamiento de muros fabricados a escala natural con bloques huecos de concreto. En estos ensayos se evaluaron algunos aspectos tales como el tipo de mampuesto empleado, el efecto de la relación de aspecto (altura/largura) y la carga vertical sobre el comportamiento de los muros en el marco del proyecto de investigación desarrollado en el IMME.

Por otra parte, en la literatura se reportan ensayos realizados sobre muros compuestos por más de dos paños de mampostería confinada pero no contiguos entre sí. Así, por ejemplo, Alcocer et al. (Alcocer et al., 1994a) ensayaron tres especimenes a escala natural, compuesto cada uno por dos muros confinados de relaciones de aspecto diferentes, empleándose en cada especimen una condición de acoplamiento diferente entre ellos. De igual manera, Alcocer et al. (Alcocer et al., 1994b) ensayaron dos especimenes similares a los anteriores pero acoplados mediante una viga de concreto reforzado vaciada en sitio. En este caso cada espécimen ensayado contenía una propuesta diferente de refuerzo de acero horizontal en los paños de mampostería. Finalmente, Tomazevic y Klemenc (Tomazevic y Klemenc, 1997b) reportan los resultados de ensayos sobre mesa vibrante realizados sobre dos modelos a escala 1:5, de tres pisos y dos vanos en cada dirección, con muros de mampostería confinada en las dos direcciones con aberturas para puertas y ventanas.

La presencia de más de dos machones en un muro de mampostería confinada puede ser muy común debido a recomendaciones prácticas de diseño, tales como las indicadas en el punto anterior; sin embargo, en la literatura se encuentra poca información disponible sobre la evaluación experimental de muros con estas características. Así, Liu y Yang (Liu y Yang, 1996) y Liu y Wang (Liu y Wang, 2000) indican que muros de mampostería confinada con dos o tres machones intermedios muestran un mejor comportamiento que aquellos que no los poseen; sin embargo, los autores no reportan en ninguno de los dos casos los resultados experimentales que sustenten dicha aseveración. Más recientemente San Bartolomé y Quiun (San Bartolomé y Quiun, 2003) ensayaron tres muros fabricados con ladrillos macizos de arcilla a escala 1:2, compuestos por uno, dos y tres paneles cuadrados de mampostería, respectivamente.

Evaluación experimental

Descripción de los especímenes ensayados

Se construyeron cuatro muros de mampostería confinada de las mismas dimensiones para ser ensayados ante carga vertical constante y carga lateral alternante y creciente. El Muro M1 consistió de un paño de mampostería y dos machones. El Muro M2 consistió de dos paños de mampostería y tres machones equiespaciados entre sí. El Muro M3 también consistió de dos paños de mampostería, pero el machón intermedio estaba ubicado a 1/3 de la longitud del muro. Finalmente, el Muro M4 consistió de tres paños de mampostería y cuatro machones equiespaciados entre sí. La Figura 1 muestra la configuración de los cuatro muros. La longitud (L), medida centro a centro de los machones exteriores, y la altura (H) fueron 300cm y 230cm, respectivamente. El espesor nominal de los muros fue de 15cm, determinado por la anchura nominal de los bloques empleados para su fabricación.

Procedimiento de ensayo

Los ensayos de los cuatro muros fueron realizados en el Banco Universal de Ensayos del IMME, la configuración usada en los mismos. Una vez colocado cada espécimen en el banco, la viga de fundación se fijó a la losa de reacción mediante dos tensores que fueron pretensados antes de la ejecución del ensayo para anclarlo adecuadamente.

Fuente: www.scielo.org.ve