1
UNIVERSIDAD SAN PEDRO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
PROYECTO DE TESIS "Evaluación Estructural de Viviendas en la Urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho -2014" PRESENTADO POR: BACH. WILFREDO MOLINA ROJAS BACH.
RICARDO ALVARADO POMA CHIMBOTE - PERÚ 2014
2
Palabras clave:
I.
GENERALIDADES
1. TITULO: “Evaluación Estructural de Viviendas en la Urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho – 2014”. 2. PERSONAL INVESTIGADOR: 2.1 AUTORES: Molina Rojas, Wilfredo, Bachiller en Ingeniería Civil, egresado de la Escuela Profesional de Ingeniería Civil de la Universidad Particular de Chiclayo. Alvarado Poma, Ricardo, Bachiller en Ingeniería Civil, egresado de la Escuela Profesional de Ingeniería Civil de la Universidad Particular de Chiclayo. 2.2 ASESOR: Ing. Flores aaaaaa,aaaaaa, Profesor Principal a D.E, adscrito al Departamento Académico de Ingeniería Civil de la Universidad San Pedro. 3. REGIMEN DE INVESTIGACION: Libre. 4. UNIDAD ACADEMICA A LA QUE TERTENECE EL PROYECTO: Facultad: Ingeniería
Sede: Chimbote
Escuela: Ingeniería civil 5. LOCALIDAD DONDE SE EJECUTARA EL PROYECTO: Localidad: Urbanización Maravillas Sector I Distrito: Huamanga Provincia: Huamanga Departamento: Ayacucho 6. DURACION DE LA EJECUCION DEL PROYECTO: 04 Meses Fecha de Inicio
: 26/01/14
Fecha de Término: 26/05/14
3
7. HORAS SEMANALES DEDICADAS AL PROYECTO DE INVESTIGACION: Las horas semanales dedicadas a la ejecución del proyecto es de 20 horas semanales. 8. RECURSOS DISPONIBLES: 8.1 Personal Investigador:
02 Tesistas, egresados de la Escuela de Ingeniería Civil
01 Asesor
8.2 Materiales y Equipos: Para evaluaciones de datos en forma práctica, tenemos de acuerdo al elemento constructivo los siguientes: Ladrillo *Balanza mecánica *Herramientas de albañilería *Compresión axial Agregados *Cuarteador *Charola o envase metálico *Tamices o cedazos *Brocha *Balanza electrónica *Horno de secado Concreto *Esclerómetro Tipo L *Piedra de lijar o pulir *Brochas *Balanza de tres escalas AGUA *pHmetro IMATEC (pHmeter CG818) *Solución Buffer para calibrar el pH *Agua destilada 8.3 Locales: Laboratorio de Suelos: “Geotecnia Huallanca” Laboratorio de Análisis de Aguas: “Multiservicos Ore”
4
9. PRESUPUESTO:
Bienes de Consumo
: S/. 5,000.00
Bienes de Servicio
: S/. 4,000.00
Servicios de Terceros
: S/. 6,000.00 -------------------
Presupuesto Total
: S/. 15,000.00
10. FINANCIAMIENTO: 10.1 Autofinanciado
: S/. 15,000.00
11. TAREAS DEL EQUIPO DE INVESTIGACION: Investigador 1: Coordinación, recopilación de datos, procesamiento y evaluación. Investigador 2: Recopilación de datos, Análisis de laboratorio. 12. LINEAS DE INVESTIGACION: Buscar en internet la línea de investigación al que pertenecería su proyecto…
13. RESUMEN DEL PROYECTO: La tesis se enmarca en la evaluación de estructuras para viviendas con albañilería confinada
tomando
como
referencia
básica
el
Reglamento
Nacional
de
Construcciones en lo aplicable, la Nueva Norma de Estructuras y bibliografía conexa al tema. Se ha concluido que las edificaciones principalmente para vivienda construidas en la ciudad de Ayacucho poseen características
de la albañilería confinada,
funcionando analíticamente como tal, pero que tendría un mejor nivel si se promueve la correcta utilización de datos técnicos que son limitados en la zona de influencia del estudio. Y se inicia la inmediata calificación del personal que participa en el proceso constructivo por los entes estatales y la difusión de los conocimientos por instituciones conexas al tema. Para demostrar la diferencia de datos característicos de la zona a estudiar – la ciudad de Ayacucho y que por necesidad estadística se plantea la Urbanización Maravillas sector I, con una recolección de datos al 10% de confiabilidad. En el resumen debe indicar el propósito de la investigación (objetivo general), Indicar aspectos de la metodología (población, muestra, técnica, instrumento de recolección de datos, e indicar como se procesará y analizará los datos) y
5
finalmente indicar los posibles resultados que espera encontrar.
14. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES: Meses Enero
Febrero
X
X
Marzo
Abril
Mayo
Actividades Metodología de Investigación Revisión Bibliográfica Recopilación Viviendas
de
datos
Procesamiento de los obtenidos (domicilios)
X
X
X
X
de
datos
X
X
Análisis Estadístico, Evaluación de Resultados
X
X
Elaboración del Informe Final Sustentación
X X
6
II.
PLAN DE INVESTIGACION
1. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACION CIENTIFICA: En la revisión de bibliografía sobre la existencia de trabajos similares no se encontró más que temas conexos que se desarrollaron en la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, específicamente en la facultad de Ingeniería Química y Metalurgia En la revisión de la Tesis de Ingeniería Química se encontró análisis de aguas en los componentes como son ácidos, álcalis, pH, sulfatos, cloruros y materia orgánica así como también se halló trabajos sobre resistencias de ladrillos sus dimensiones, densidad de agregados la granulometría, resistencia a la abrasión, densidad etc. para diversas canteras. Para antecedentes nacionales se tiene mayor número de tratados para el tema, desarrollado principalmente por los Ingenieros Civiles Héctor Gallegos Vargas, Carlos Casabone, Guillermo Icochea y Angel San Bartolomé, quienes incluyen antecedentes internacionales a sus trabajos y son básicamente los marcos teóricos que se plantean en el presente trabajo. Para las aceleraciones máximas del terreno en eventos dinámicos, se revisó el Estudio de Riesgo Sísmico realizado por HC ASOCIADOS S.R.L., realizado para el Proyecto Especial Rio Cachi, específicamente para la presa Cuchoquesera y la Mini Central Hidroeléctrica de Campanayocc en el año 2010. Nota: Tienen que fortalecer los antecedentes, no solo busquen información en Ayacucho. Precisar los resultados de los antecedentes que encuentren, servirá para sus discusiones. 2. JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION: La participación de muros portantes en los
esfuerzos, mejorando las
características sismorresistentes de la estructura, al actuar la albañilería con el confinamiento de concreto armado en forma de ¨placas¨ estructurales. Otro aspecto a tomarse son las resistencias a los diferentes esfuerzos del concreto que se utiliza en la zona de circunscripción de la tesis, que teóricamente tiene un esfuerzo admisible y por la existencia de mano de obra no calificada, la no especificación de agregados recomendables y falta de difusión de los datos existente no se tiene los esfuerzos mínimos permisibles que exigen las Normas Peruanas de Estructuras, debiendo ser
7
comprobada, analizada y recomendar las medidas necesarias para eliminar esta limitación. Deficiencia en la difusión de conocimientos e inexistente análisis global del problema, por ello se plantea como base o fin principal la mejor aplicación de las características técnicas y constructivas de las edificaciones en albañilería confinada de Ayacucho, las cuales deben reflejar beneficios principalmente económicos y de seguridad en la población a la que se circunscribe el presente proyecto. La poca difusión en nuestro medio de las bondades de este método (Albañilería Confinada) en la industria de la construcción. Los agregados que se usan para el concreto son de diferentes características, en la actualidad ya se cuenta con buena cantidad de datos de este parámetro, que se puede enriquecer con la obtención de datos postcolocación mediante el uso del esclerómetro. Espesor de columnas que en realidad se toma el ancho del muro o ladrillo y que no excede a los 2 cm. como promedio y que en los análisis se considera columnas de 0.25cm x 0.25cm. Se estructura edificaciones pequeñas con elementos que analíticamente se ha determinado como suficiente y necesaria. 3. PROBLEMA: - ¿Cuáles son las deficiencias de las Estructuras de los muros de las viviendas en la Urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho?
4. MARCO REFERENCIAL: NOTA: ES IMPORTANTE HACER UN RESUMEN DE ESTAS REFERENCIAS QUE ESTA CONSIDERANDO, PARA EL PROYECTO ES MUCHO. LAS DEFINICIONES TIENEN QUE ESTAR MAS ORIENTEDAS CON LA VARIABLE QUE ES DEFICIENCIA DE LA ALBAILERIA CONFINADA …. (NO CONSIDERAR LOS TITULOS: TITULO I, TITULO II, TITULO III, ….. ) Evaluar las deficiencias de la albañilería confinada de las viviendas en la urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho.
8
Definiciones Carga Muerta: Es el peso de los materiales, dispositivos de servicio, equipos, tabiques y otros elementos soportados por la edificación, incluyendo su peso propio, que se propone sean permanentes. En la bibliografía encontramos que el Ing. Teodoro Harmsen estima pesos para la losa aligerada de acuerdo a:
Tabla Nº 01 Altura de losa 17cm(12+5) 20cm(15+5) 25cm(20+5) 30cm(25+5)
De mortero 300k/m² 350k/m² 400k/m² 450k/m²
Ladrillo de arcilla 250k/m² 280k/m² 320k/m² 370k/m²
Para pesos unitarios el R.N.C. detalla: Unidades de albañilería solida
1800k/mᶾ
Unidades de albañilería huecas
1350k/mᶾ
Concreto simple de grava
2300k/mᶾ
Concreto armado añadir
100k/mᶾ a concreto simple.
Enlucido o revoque mortero cemento
2000k/m3
Carga Viva: Es el peso de todos los ocupantes, materiales equipos muebles y otros elementos movibles soportados por la edificación. 1. Carga viva mínima repartida.-Se usara los valores mínimos que se establecen en la norma para el tipo de ocupación y uso. En el caso es Viviendas
200Kg/cm²
Corredores y escaleras
200Kg/m2
Para el caso que los tabiques puedan ser cambiados de lugar se considera la condición que cauce los mayores esfuerzos entre la ubicación inicial y las cargas mínimas equivalentes. MARCO TEORICO Parte importante del desarrollo de la albañilería estructural es progresar hacia sistemas estructurales constructivos que optimicen el uso del muro, que confieran a la edificación competencia sísmica intrínseca y que minimicen el costo. La estructura de los edificios de albañilería está compuesto de muros de albañilería ubicadas en las direcciones ortogonales principales de la edificación unidos por los entrepisos y el techo de concreto armado. En este sistema estructural la acción sísmica, representada por fuerzas laterales derivados de la cortante basal aplicada
9
en cada entrepiso y en el techo es resistida por un mecanismo de muros de corte conectados por diafragmas indeformables, capaces de repartir dichas fuerzas laterales en proporción a las rigideces relativas a los muros. Titulo I.- CONCEPTUALIZACION DEL PROYECTO EN ALBAÑILERIA Ciertas condiciones básicas deben de cumplirse para asegurarse el buen comportamiento sismo resistente y la economía de estas edificaciones
de
albañilería a nivel de concepción estructural, como etapa primera del diseño, que deberá culminar luego con el cálculo de dimensiones resistentes y áreas de acero de refuerzo. Se entiende que mediante la concepción estructural se decide las principales características de la estructura: su forma, la ubicación y distribución de los elementos resistentes, las características de los diafragmas rígidos y el detallado básico que es una etapa creativa que reclama la participación conjunta del arquitecto y del ingeniero, ya que se definirá no solamente la integración de función y resistencia estructural, sino la competencia sísmica básica y también la bondad económica. Los siguientes aspectos deben ser analizados y definidos en esta etapa conceptual: a).- Cimentación.- Las estructuras de albañilería son frágiles y los asentamientos diferenciales tienden a ocasionar rajaduras en los muros que pueden debilitar seriamente la edificación. Consecuentemente la cimentación debe proveer la suficiente rigidez y, al mismo tiempo, asegurar como primer diafragma que la estructura funcione como un todo ante acciones sísmicas. Si bien en terrenos rígidos estos requisitos pueden ser satisfechos por cimientos corridos o vigas de cimentación en las que se ha demostrado que la utilización de la platea de cimentación
(indispensable
en
terrenos
blandos),
cuando
se
escoge
cuidadosamente su nivel, es una solución económica dependiendo de los niveles a construir. b).- Forma.- La forma del edificio, es decir su aspecto volumétrico debe poseer simetría, continuidad, robustez y competencia torsional. Se debe evitar edificios en forma irregular (Ver figura 001), en caso necesario se debe subdividir el edificio en formas regulares que puedan responder independientemente. c).- Distribución de muros.- El ideal es que la cantidad de muros sea igual en las direcciones principales de la edificación y, adicionalmente que los muros, todos ellos sean del mismo largo, estas exigencias son imposibles de cumplir en la práctica, pero debe tenderse hacia ellas. De otro lado su ubicación en planta debe buscar simetría de distribución con el propósito de minimizar la distancia entre el centro de masa y el centro de rigidez, ya que es indudable que los fenómenos de torsión tiene una mayor importancia de
10
la que se les ha adjudicado hasta ahora. En elevación se debe minimizar los cambios bruscos de resistencia o de rigidez, tales como huecos grandes y vanos en ubicaciones diferentes de piso a piso. d).- Diafragma horizontal.- Ante acciones sísmicas los diafragmas actúan como vigas horizontales de gran peralte y deben amarrar al conjunto de muros y distribuir las fuerzas laterales a los mismos en función de su rigidez relativa. Para lo cual debe poseer los atributos de simetría, continuidad, robustez y competencia torsional. Para lograr el comportamiento adecuado de los diafragmas es necesario que las aberturas inevitables (por ejemplo para la circulación vertical) se ubiquen de modo tal que no desmejoren sensiblemente dichos atributos básicos. El material usual para la construcción de entrepisos y techo es el concreto armado el que puede satisfacer, en principio y sin detallado especial, los requisitos de un diafragma rígido. Sin embargo entre los entrepisos y techo de concreto armado debe distinguirse entre la losa unidireccional (nervada o aligerada) y la losa bidireccional
(maciza),
entre
ambas
es
preferible
la
potencialmente un mejor diafragma horizontal y porque
maciza
porque
es
transmite carga de
gravedad a todos los muros de albañilería, dándoles una pre compresión útil para resistir las tracciones que originaran las fuerzas sísmicas. e).- Detallado.- La albañilería es muy sensitiva a un tratamiento de su detallado que se condiga con la función estructural, debe analizarse la ubicación y tamaño de los vanos, las características de los alfeizeres y de los dinteles. Los vanos deben ser ubicados uno sobre otro y su ubicación en planta debe respetar el principio uniformizar los largos de los muros. Los muros de largo reducido son inútiles sísmicamente y son además de difícil construcción. Los vanos que se desplazan de un lugar a otro en elevación concentran esfuerzos e impiden el correcto funcionamiento de los muros de corte. Los alfeizeres deben ser separados de los muros ya que , en caso contrario contribuyen a la rigidez pero no a la resistencia de los muros de corte, creando severas concentraciones de esfuerzo. Los dinteles constituyen un obstáculo constructivo y salvo que se conviertan en soleras corridas, como parte del diafragma horizontal a lo largo de todos los muros, tienden a causar concentraciones de esfuerzos, la mejor práctica es no colocar dinteles y llevar los vanos de las ventanas y las puertas de piso a techo es decir hasta el fondo de las losas del diafragma horizontal. f) Instalaciones.- Es importante pensar en la ubicación y recorrido de las instalaciones sanitarias y eléctricas en el periodo conceptual de diseño hasta un 20% se podrá alojar en el muro. En cualquier caso la colocación de los tubos se
11
realiza en cavidades dejadas en el proceso de construcción de la albañilería que luego se rellenara con concreto. Las instalaciones eléctricas de pequeño diámetro pueden colocarse en los muros para el recorrido vertical, con este propósito deberán pre instalarse en destajes verticales de la albañilería o en los alveolos de la unidad de albañilería .Los recorridos horizontales pueden realizarse libremente dentro de las losas que constituyen los entrepisos. Las instalaciones sanitarias, por sus diámetros relativamente grandes y porque deben ser registrables, no deben ser alojadas dentro de los muros ni dentro de los entrepisos. Las instalaciones sanitarias verticales deben alojarse en ductos. Las horizontales deben colocarse encima o debajo del diafragma horizontal en el primer caso alojadas dentro del contrapiso falso y en el segundo ocultas de la vista por un falso cielo. g) Acabado.- Deben de ser decididos también en la etapa conceptual, Si se utiliza unidades de albañilería de buena calidad, entrepisos y techo de losas macizas de concreto armado, en conjunto con una adecuada practica constructiva, los acabados pueden minimizarse, bastando usualmente pintura. Debe tenerse en cuenta que los enlucidos y contrapisos añaden masa sin añadir resistencia y al ser evitados permiten ahorros importantes de dinero.
Título II.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES EN ALBANILERIA II.A LADRILLO DE ARCILLA Las propiedades del ladrillo y las de la albañilería tienen relación pero no son idénticos, ya que el comportamiento varia por estar en condiciones diferentes cuando se somete a los diferentes esfuerzos como a continuación se detalla: A.1).- VARIACION DE DIMENSIONES O ALBEO En términos generales ningún ladrillo conforma directamente con sus dimensiones especificadas. Existen diferencias de largo, ancho y alto así como deformaciones de la superficie asimilables a concavidades o convexidades. El efecto de estas imperfecciones geométricas en la construcción de albañilería se manifiesta en la necesidad de realizar juntas de mortero mayores que las convenientes. El mortero cumple en la albañilería dos funciones, la primera es separar los ladrillos de modo tal de absorber las irregularidades de estos, y la segunda, es pegar los ladrillos de modo tal que la albañilería no sea un conjunto de piezas sueltas, sino un todo. Para la albañilería de buena calidad se estima que tiene un espesor de juntas de 10 mm a 12 mm que es adecuado y suficiente, cuando las imperfecciones del ladrillo exceden los valores normados el espesor de la junta tiene que ser necesariamente mayor a los 12 mm, disminuyendo la resistencia de la albañilería.
12
En resumen, las imperfecciones geométricas del ladrillo inciden en la resistencia de la albañilería y resulta obvio que el aspecto de la albañilería se deteriora con imperfecciones de ladrillo. A.2).- RESISTENCIA A LA COMPRESION La resistencia a la compresión de la albañilería (f’m) es su propiedad más importante, define no solo el nivel de su calidad estructural sino también su resistencia a la resistencia a la intemperie o a otra cualquier causa de deterioro. Los principales componentes de la resistencia a la compresión de la albañilería son: La resistencia a la compresión del ladrillo (f’b), la perfección geométrica del ladrillo, la calidad del mortero empleado para el asentado del ladrillo y la calidad de la mano de obra empleada. De todos los componentes citados anteriormente, los pertinentes a una norma de ladrillo son la resistencia a la compresión y la geometría del ladrillo. Se estima que la resistencia a la compresión de la albañilería, representada por la prueba a rotura de un prisma, es de 25% al 50% de la resistencia a la compresión al ladrillo: los valores más bajos, 25% corresponden a condiciones de construcción y calidad de morteros bajos y los más altos, 50 % representan el límite superior de la albañilería obtenible con un determinado ladrillo en condiciones óptimas: debe tenerse en cuenta, sin embargo que la forma de falla a compresión es diferente en la prueba del prisma de albañilería que en la prueba del ladrillo: en el primer caso la falla ocurre por una combinación de compresión axial y tracción lateral (causada por el escurrimiento del mortero de las juntas), mientras que en la prueba del ladrillo la falla ocurre por aplastamiento o corte. Finalmente para mantener la coherencia de la Norma relacionada para cada tipo de ladrillo, la resistencia a la compresión con la perfección geométrica y con las otras propiedades exigibles. De este modo se asegura la normalización de un ladrillo que puede ser empleado en diseños más exigentes y en construcciones con un mejor control, en otras palabras con más eficiencia y economía. A.3).- DENSIDAD A partir de los ensayos realizados se ha establecido que existe una relación estrecha entre la densidad del ladrillo y sus otras propiedades. A mayor densidad mejores propiedades de resistencia y de perfección geométrica. Consecuentemente se ha decidido emplear en la Norma el valor de la densidad como un criterio que permite de una manera simple, mediante ensayos fáciles d efectuar prácticamente en cualquier lugar, evaluar la calidad del ladrillo con que se cuenta. El Reglamento Nacional
de Construcciones
parametra los ladrillos
para
13
considerarlos normalizados en relación a la Variación dimensional, alabeo, resistencia a la compresión y densidad. Como a continuación se detalla:
Arcilla o Silicito Calcáreo
MATERIAL
Cuadro No 1
TIPO
Ladrillo I Ladrillo II
VARIACION DE
ALABEO
RESISTENCIA A
DENSIDAD
DIMENCION (1)
(2)
LA
( minimo en
(máxima en porcentaje)
(máximo
COMPRESION
g/cm3)
Hasta
Hasta
Más de
en mm)
Kg/cm2 (f¨b)
10cm
15 cm
15 cm
+- 8
+- 6
+-4
10
-
1.50
60
-
-
1.0
70
-
+-7
+- 6
+-4
8
Ladrillo III
+-6
+- 4
+-3
6
95
-
Ladrillo IV
+-4
+- 3
+-2
4
130
-
Ladrillo V
+-3
+-2
+-1
2
180
-
(1) Todas las pruebas se realizan de acuerdo a la norma pertinente del ITINTEC (2) El alabeo se medirá por concavidad y convexidad A.4.- MODULO DE RUPTURA Se ha dicho que la propiedad característica de la albañilería es su resistencia a la compresión. Cuando un prisma de albañilería es sometido a una carga de compresión la primera falla ocurre al rajarse verticalmente los ladrillos, como consecuencia de la tracción lateral ocasionada por la tendencia del mortero a fluir lateralmente y escapar de entre los mismos. Consecuentemente, al aumentar la resistencia a la tracción del ladrillo se aumenta también la resistencia a la compresión de la albañilería. El módulo de ruptura es una medida aproximada de la resistencia a la tracción del ladrillo. Esta propiedad no ha sido considerada como requisito para la clasificación del ladrillo en virtud de haberse establecido que su valor está relacionado con la resistencia a la compresión y en razón de que la información cuantitativa que ella proporciona acerca de la albañilería no puede establecerse.
14
Sin embargo, se recomienda la medición del módulo de ruptura cuando se trata de ladrillo tipo IV y V que permitirá una mejor selección del ladrillo que se propone emplear. A manera de referencia se indica a continuación el valor mínimo aproximado obtenible para cada tipo de ladrillo: Cuadro No 02 TIPO
MODULO DE RUPTURA (daN/cm2)=(kg/cm2)
I
6
II
7
III
8
IV
9
V
10
A.5.- ABSORCION MAXIMA Es considerada como una medida de impermeabilidad, los valores indicados como máximos en la Norma se aplica a condiciones de uso en que se requiera utilizar el ladrillo en contacto con agua o con el terreno, sin recubrimiento protector. Tal es el caso de cisternas, jardineras y albañilería de ladrillo visto en zonas muy lluviosas. Cuadro No 03 Tipo
Absorción *
Coeficiente de saturación
(máxima en porcentaje)
(máximo)
I
Sin limite
Sin limite
II
Sin limite
Sin limite
III
22
0.90
IV
22
0.88
V
22
0.88
* Para caso de exposición severa. A.6.- COEFICIENTE DE SATURACION Es considerado como una medida de la durabilidad del ladrillo cuando se encuentra sometido a la acción de la intemperie. El coeficiente de saturación es la relación que existe entre la absorción del ladrillo (cuando se le sumerge en agua un número de horas determinado) y la absorción
15
máxima del ladrillo (medido luego de 5 horas de ebullición). A mayor coeficiente de saturación, mayor será la cantidad de agua que absorbe rápidamente el ladrillo y consecuentemente inferior su resistencia a la intemperie, así un ladrillo con coeficiente de saturación menor de 0.8 es poco absorbente es utilizable para cualquier clima o condición de intemperismo, y un ladrillo con coeficiente de saturación es 1 que es muy absorbente y solo es utilizable cuando se protege de la intemperie mediante recubrimiento adecuados. Este criterio de resistencia al intemperismo ha sido incorporado en la norma para asegurar la adecuada durabilidad de la construcción de albañilería cuando existen condiciones de uso e intemperismo particularmente exigentes. A.7.- INDICE DE DEGRADACION El efecto de la exposición a la intemperie en los ladrillos tiene que ver con el índice de degradación que equivale al producto de la cifra del promedio anual de días de ciclo de congelamiento y el promedio anual de precipitación invernal ( en pulgadas), definidos de la siguiente forma: Un dia de ciclo de congelamiento es de cualquier día en el cual la temperatura del aire pasa por encima o debajo de los 0 oC. El numero promedio de días de ciclo de congelamiento en un ano puede ser considerado como igual a la diferencia entre el número medio de días durante los cuales la temperatura máxima fue de 0 oC o menos. La precipitación invernal es la suma, en pulgadas de la precipitación media mensual corregida que ocurre durante el periodo entre la primera helada temprana en el otoño y la fecha normal de la última helada temprana de la primavera. La precipitación invernal para cualquier periodo es igual a la precipitación total menos un décimo de la caída total de nieve, hielo o granizo. La precipitación para cualquier porción del mes se obtiene haciendo prorrateo. La región de degradación severa tiene un índice de degradación de 500 a más. La región de degradación moderada tiene un índice de degradación de 100 o 499, la región de degradación insignificante tiene índices de degradación de 99 o menos. A.8.- SUCCION Está demostrado que con ladrillos que tienen una succión excesiva no se logra, usando métodos ordinarios de construcción, uniones adecuadas entre mortero y el ladrillo. El mortero debido a la rápida perdida de parte del agua que es absorbida por el ladrillo, se deforma y endurece no logrando un contacto completo e íntimo con la cara del siguiente ladrillo. El resultado es una adhesión pobre e incompleta, dejando uniones de baja resistencia y permeables al agua. Se considera que para succiones de 20 gramos por minuto en un área de 200cm2
16
es requisito indispensable que los ladrillos se saturen antes de su uso. De las pruebas realizadas se ha obtenido los siguientes valores según los tipos de ladrillo: Cuadro No 04 TIPO
SUCCION PROMEDIO (Gramos/200cm2)
I
61
II
66
III
53
IV
No se obtuvo valores
V
38
Al obtenerse valores de succión promedio sustancialmente mayores que el límite indicado, se concluye que es indispensable que todo ladrillo de arcilla se sature inmediatamente antes de asentarlo, la forma de efectuar esta operación dependerá de la relatividad del mortero a emplearse. Esta propiedad no está normada como requisito ya que todo ladrillo investigado excede el límite, sin embargo se incluye la prueba de succión para aquellos ladrillos de arcilla que eventualmente puedan no requerir el tratamiento de no saturado con agua. A.9.- EFLORESCENCIA En el contexto de la norma, eflorescencia es una medida del afloramiento
y
cristalización de las sales solubles contenidas en el ladrillo cuando este es humedecido. La objeción principal a la eflorescencia es su efecto sobre la apariencia de la albañilería: sin embargo puede ocurrir si las sales que se cristalizan se encuentra en cantidad importante que la presión que estos estos cristales ejerzan al crecer causen rajaduras y disgregación de la albañilería, esta posibilidad debe analizarse en el caso en que la muestra sometida al ensayo sea calificada como “eflorecida”. No obstante que estas propiedades no está normada como requisito se recomienda realizar en los casos que se trate de acabados de ladrillo visto o cuando la albañilería se encontrara sometida a humedad intensa y causante. II.B.0 AGREGADOS Los agregados de mejor calidad son en mayoría los provenientes de rocas ígneas, siendo normalmente duras, tenaces y densas. La excepción la constituyen los tufos y ciertas lavas que son extremadamente porosas por la inclusión de burbujas de
17
gas, lo que las hace poco resistentes, livianas y de alto coeficiente de absorción. Las rocas de mayor resistencia a la compresión y abrasión son: La diabasa, basalto, andesita, riolita y las plutónicas de tipo gabrico. Las rocas de color oscuro y mayor peso son más duras y resistentes que las de colores claros y livianos, las rocas plutónicas básicas (trapeana, andesita, basalto, diabasa, etc.) tienen mayor valor cementante que las rocas ígneas acidas (granito, etc.). Como elemento de la mezcla para formar los concretos es necesario tener en consideración sus tipos, propiedades, limitaciones y usos. Los agregados principalmente se seleccionaran en agregado grueso (gravas y gravillas) y agregado fino (arena) y el hormigón que es una mezcla de ambos. Los
agregados
seleccionados
deberán
ser
procesados,
transportados,
manipulados, almacenados y dosificados de manera tal de garantizar que: La pérdida de finos sea mínima. Se mantendrá la uniformidad del agregado. No se producirá contaminación con sustancias extrañas. No se producirá rotura o segregación importante en ellos. El agregado empleado en concretos que ha de estar sometidos a humedecimiento, exposición prolongada a atmosferas húmedas, o en contactos con suelos húmedos, no deberán tener en su composición mineralógica, elementos que sean potencialmente reactivos con los álcalis del cemento. Se exceptúa el caso en que el cemento contiene menos del 0.6% de álcalis, calculado como el equivalente de óxido de sodio ( Na2O +0.658K2O) o cuando se adiciona a la mezcla materiales que han demostrado ser capaces de controlar las expansiones inconvenientes debidas a la reacción álcali – agregado. Los agregados finos y grueso no deberán contener
sales solubles totales en
porcentaje mayor de 0.04% si se trata de concreto armado. Los agregados expuestos a los rayos solares deberán enfriarse antes de ser utilizados en la mezcladora, si el enfriamiento se efectúa por aspersión de agua o riego, se deberá considerar la cantidad de humedad añadida al agregado a fin de corregir el contenido de agua de la mezcla y mantener la relación agua-cemento de diseño seleccionada. B.1 Propiedades del Agregado B.1.1).- Dureza Resistencia a la erosión, abrasión o en general el desgaste. Entre las mejores rocas a emplear en concretos que deben ser resistentes a procesos de abrasión o erosión figuran el cuarzo, la cuarcita, las rocas densas de origen volcánico y las rocas silicosas.
18
La determinación de la dureza de un agregado se hace sometiendo a un proceso de desgaste de abrasión, el ensayo más empleado es el método de los Ángeles. Cuadro No 05 Métodos Alternativos
No mayor que %
Abrasión(método los Ángeles)
50
Impacto
30
B.1.2).- Densidad Depende tanto de la gravedad específica de sus constituyentes solidos como de la porosidad del material mismo. La densidad de los agregados es de especial importancia en todos aquellos casos que por durabilidad o resistencia, se requiere concretos con un peso por encima o debajo de aquellos que corresponden a concretos usuales. Las bajas densidades generalmente indican material poroso, poco resistente y de alta absorción. Tales característica, cuando ello fuera necesario, deberán ser confirmadas por ensayos de laboratorio. B.1.3).- Porosidad La palabra” poro” es el espacio no ocupado por materia sólida en la partícula del agregado. Se considera a la porosidad como una de las características físicas más importantes del agregado, dada su influencia sobre las otras propiedades de este y el papel que desempeña dentro de los procesos de congelación. La porosidad tiene influencia sobre la estabilidad química, resistencia a la abrasión, resistencias mecánicas, propiedades elásticas. Gravedad específica, absorción y permeabilidad de las partículas, siendo todas propiedades menores conforme aumenta del agregado. B.1.4).- Resistencia Por su propia naturaleza, la resistencia del concreto no puede ser mayor que la de sus agregados. Sin embargo la resistencia a la
compresión de
los concretos
convencionales dista mucho de la que corresponde a la mayoría de las rocas empleadas como agregado, las mismas que se encuentran por encima de los 1000kg/cm2. B.1.5).- Modulo de elasticidad Es definido como el cambio de esfuerzos con respecto a la deformación elástica, considerándosele como resistencia dl material a las deformaciones. B.1.6).- Propiedades térmicas El coeficiente de expansión térmica, el calor específico y la conductividad son tres
19
propiedades del agregado que en determinados casos pueden ser importantes para establecer la calidad del mismo en relación con el comportamiento del concreto. B.1.7).- Integridad Física Algunas rocas pueden estar íntegramente fracturadas aun cuando externamente presenten apariencia de solidez. Estas grietas pueden ser microscópicamente pequeñas pero tienden a incrementar la absorción y porosidad, disminuyendo la resistencia y durabilidad del agregado. Las fracturas internas son generalmente producidas o modificadas en el proceso de trituración del material. Las fracturas originales pueden generalmente ser visualizadas por la presencia de materiales secundarios tales como el óxido de hierro, común en las pizarras y esquistos, o la presencia de núcleos de arcilla, comunes en las calizas impuras. Las fracturas son comunes en aquellos tipos de rocas que son por naturaleza quebradizas tales como el hosteno y las pizarras, pero ellas pueden existir en cualquier roca, como resultado de la acción del intemperismo o de movimientos de tierras, tales como plegamientos o falas, las cuales a la zona sobre la que la roca estuvo inicialmente. Debe recordarse que, aunque las fracturas presentes en la roca pueden ser selladas por un proceso de metamorfismo bajo condiciones de alta presión y temperatura, los materiales secundarios depositados no previenen la entrada de agua. B.1.8).- Estabilidad de volumen Se define como la capacidad del agregado para resistir cambios en su volumen como resultado de modificaciones en sus propiedades físicas. No debe ser confundida con la expansión causada por reacciones químicas entre el agregado y los álcalis presentes en el cemento. Las condiciones que pueden dar cambios excesivos de volumen incluyen los procesos de congelación y deshielo, recalentamiento y enfriamiento y de humedecimiento y secado. Los cambios de volumen pueden dar por resultado deterioro del concreto, el cual puede presentarse en forma de descascaramiento localizados de pequeño significado estructural pero dañinos para la apariencia, hasta agrietamiento externo y desintegración que puede ser lo suficientemente grandes como para causa falla estructural del concreto. Las partículas del agregado carentes de estabilidad de volumen están comprendidas en dos categorías: A).- Aquellas en las que la desintegración del concreto resulta de fallas de las partículas de agregado para mantener su integridad, lo que da lugar a que las partículas se rompan en numerosas piezas menores.
20
El deterioro se evidencia principalmente por el descaramiento superficial. Es el caso de las areniscas blandas. B).- Aquellas que se expanden en forma destructiva en el concreto. Estas cuando congelan en condición saturada, incrementan en volumen con suficiente presión como para causar desintegración de concreto, es el caso de las calizas que contienen arcillas expansivas. Los agregados físicamente débiles, extremadamente absorbentes, fácilmente hendibles, o que se hinchan cuando se saturan, pueden fallar en procesos naturales de intemperismo. Agregados no recomendables: La falta de estabilidad de volumen principalmente presenta en los horstenos con estructura porosa finamente texturizada, algunos esquistos, calizas con arcilla laminada o expansiva, partículas con arcilla mineral, areniscas desmenuzables, rocas micáceas, rocas de cristalización muy gruesa. Las más importantes propiedades del agregado que intervienen en el control de la estabilidad de volumen son el tamaño, abundancia y continuidad de poros. Estas propiedades influyen en la durabilidad ante procesos de congelación y deshielo, así como en la resistencia, elasticidad, resistencia a la abrasión, gravedad específica, adherencia la pasta y velocidad de alteración química. Se estima que si el espacio está totalmente confinado y la temperatura por debajo de los 0oC, la presión puede llegar a ser tan alta como 2000kg/cm2. B.1.9).- Textura superficial Es aquella propiedad del mismo que refleja textura interna original y la estructura y composición de sus partículas, siendo ello el resultado de los procesos naturales o artificiales de impacto o abrasión a los cuales el agregado está sujeto. La textura superficial del agregado depende de la dureza, tamaño del grano y características porosas del material original, así como de la magnitud con que las fuerzas que han actuado sobre la superficie de las partículas las han suavizado o dejado rugosas. La importancia de esta propiedad radica en que la rugosidad de la superficie del agregado, al crear una textura superficial, define en grado importante la capacidad de adherencia de este con la pasta. B.1.10.- Perfil Depende principalmente de la presencia y espaciamiento de los planos de separación y clivaje. Muchos elementos poseen planos de fácil fractura, de tal forma que se producen partículas angulares por fragmentación de cristales. Otras rocas definen perfil por los planos de separación o uniones formados como resultado de presiones de formación.
21
Así los esquistos y pizarras producen formas laminadas, en tanto que los guijarros de granito y cuarcita son elementos más o menos equidimencionales, en tanto que los dos excelentes clivajes de feldespato dan lugar a la formación de elementos laminados y rectilíneos. B.1.11.- Limpieza Los elementos contaminados de los agregados actúan sobre el concreto reduciendo su resistencia, modificando la durabilidad y dañando la apariencia externa. Adicionalmente pueden alterar el proceso de mezclado al incrementar la demanda de agua o retrasar el proceso de mezclado. La mayoría de agregados presentan algún grado de contaminación, pero la norma determina el porcentaje máximo admisible. Los excesos pueden eliminarse fácilmente mediante el proceso de lavado, como sucede con los materiales finos ligeros. Se consideran que en el agregado pueden presentarse cuatro clases de sustancias inconvenientes que pueden afectar o modificar las propiedades del concreto: Impurezas orgánicas.- La materia orgánica presente en el agregado puede consistir en productos de destrucción o descomposición de material vegetal, y aparecer en forma de, margas orgánicas, barro orgánico o humus. Se presenta con más frecuencia en el agregado fino que en el agregado grueso el cual puede ser fácilmente lavado Estas impurezas pueden afectar la reacción de hidratación, modificando el fraguado o reduciendo la resistencia. El control inicial del agregado se realiza de manera
cualitativa,
mediante
una
prueba
colorimétrica,
aplicable
especialmente al agregado fino. El valor de este ensayo reside en indicar la presencia potencial de compuestos orgánicos nocivos, permitiendo la realización de ensayos adicionales de mayor precisión. No toda materia orgánica es dañina por lo que debe comprobarse su efecto potencial por ensayos de resistencia en cubos de mortero. El ensayo usual es el correspondiente a la norma ASTM 40 que da un índice de la presencia y magnitud de materia orgánica. El color oscuro de la solución puede deberse a la presencia de minerales de hierro por eso es necesario realizar ensayos de resistencia a la compresión en cubos de mortero y comprobaciones de tiempo de fraguado. Materiales finos.- El material muy fino, constituida por arcilla y limo, se presenta recubriendo el agregado grueso, o mezclando con la arena. En el primer caso afecta la adherencia del agregado y la pasta, en el segundo incrementa los requerimientos de agua de la mezcla. En principio un
22
moderado porcentaje d elementos muy finos puede favorecer la trabajabilidad, pero su incremento afecta la resistencia del concreto. La arcilla puede estar presente en el agregado en forma de revestimientos superficiales, los cuales pueden interferir con una buena adherencia pastaagregado fino y del 0.25% ara el agregado grueso. Puede estar presente en la superficie del agregado limo y polvo de roca. El limo es de material comprendido entre 0.002mm y 0.006mm. El polvo de roca procede del proceso artificial de trituración. Tanto el limo y el polvo de roca pueden formar revestimientos o
presentarse en forma de partículas sueltas no
adheridas al agregado Un exceso de ambos hace que, debido a su alta fineza y gran área superficial, incrementen el volumen de agua necesario en la mezcla. Revestimientos.- Pueden formarse sobre los agregados debido a la deposición por parte de las aguas, de sustancias minerales sobre la superficie de las partículas, generalmente esta deposición es mayor e las partículas de agregado grueso. Los revestimientos pueden ser de arcilla, limo o carbonato de calcio. También pueden presentarse óxido de hierro, ópalo, yeso, fosfatos solubles, sulfatos, etc. Todos estos tipos de inclusiones afectan la calidad del concreto. Los revestimientos pueden variar en espesor de fracciones de milímetros a mucho; el área cubierta puede ser muy pequeña u ocupar casi la totalidad del agregado; variar de densos y duros a porosos y blandos; y pueden estar sueltos o firmemente adheridos a la superficie de las partículas. Los revestimientos blandos o pobremente adheridos pueden ser removidos de las partículas durante el proceso de tratamiento. Los revestimientos duros y bien adheridos, si son químicamente estables, tienen pequeño o ningún efecto peligroso en las propiedades del agregado. Sales.- Las sales presentes en la superficie del agregado pueden acelerar la fragua por elevación del porcentaje de cloruro de calcio. Combinadas con la humedad atmosférica pueden dar lugar a eflorescencias las cuales aparecen como deposiciones blancas sobre la superficie del concreto. La presencia de sales en el agregado aumenta el riesgo de corrosión de los elementos metálicos embebidos. Las arenas de estuario o de playa pueden contener un 5% a 6% de sales. Su presencia puede atentar contra determinadas propiedades del concreto. Elementos reactivos: Partículas no estables.- Los esquistos son considerados inestables,
23
igualmente las inclusiones blandas tales como la madera, lentes de arcilla o carbón en la medida que pueden dar ampollamientos y descascaramientos del concreto si estos materiales están presentes por encima del 2 al 5% en peso del agregado, pueden afectar la resistencia del concreto. El carbón es adicionalmente indeseable por que puede hincharse al absorber oxígeno y agua, dando lugar a incrementos de volumen que pueden dañar el concreto. Su presencia en forma de partículas finamente divididas puede alterar el proceso de endurecimiento. La norma ASTM C33 fija un contenido máximo de carbón y lignito del 0.5% en aquellos casos en que la apariencia superficial del concreto es importante y del 1% en todos los casos. La presencia de mica, yeso o sulfatos no es recomendable por que pueden alterar el proceso de reacción del cemento hidratado. Dos compuestos de hierro, la pirita y la marcasita, reaccionan con el agua y el oxígeno del aire para formar sulfatos ferrosos que posteriormente se descomponen para formar el hidróxido ferroso mientras el ion sulfato con el aluminato de calcio del cemento. Estas reacciones pueden dar lugar a ampollamientos y descacaramientos, especialmente en presencia de calor y humedad. Algunos elementos contaminan los agregados, no mantiene su integridad o experimentan en contacto con el agua expansiones destructivas. Tal es el caso de las pizarras y otras partículas de baja densidad. B.1.12.- Peso Unitario Se denomina peso volumétrico o peso unitario del agregado, ya sea suelto o compactado, el peso que alcanza un determinado volumen unitario. Generalmente se expresa en kg/m3 de material El peso unitario está influenciado por: o
Su gravedad especifica.
o
Su granulometría.
o
Su perfil y textura.
o
Su condición de humedad.
o
Su grado de compactación de masa.
El peso unitario varia con el contenido de humedad. En el agregado grueso incrementos en el contenido de humedad incrementan el peso unitario. En el agregado fino incrementemos más allá de la condición de saturado superficialmente seco pueden disminuir el peso unitario debido a que la película superficial de agua origina que las partículas estén juntas facilitando la compactación con incremento en el volumen y disminución del peso unitario.
24
El fenómeno anterior, conocido como esponjamiento, es de pequeña importancia si el agregado va ser dosificado en peso. Si se dosifica en volumen, el esponjamiento debe ser tomado en cuenta cuando varia el contenido de humedad. Las granulometrías sin deficiencias o exceso de un tamaño dado generalmente tienen un peso unitario más alto que aquellas en las que hay preponderancia de un tamaño en relación a los otros. Cuanto más alto el peso específico para una granulometría dada mayor el peso unitario del concreto. La baritina espato pesado, hematina, biotota, gestita, pueden dar pesos unitarios mayores de 4500kg/cm3. Los agregados redondeados de textura suavizada tienen generalmente un peso unitario más alto que las articulas de perfil angular y textura rugosa, de la misma composición mineralógica y granulométrica. El peso unitario de los agregados en los concretos de peso normal, entre 2200 y 2400kg/cm3, generalmente varía entre 1500 y 1700kg/cm3. B.1.13.- Peso Específico El peso específico de los agregados, que se expresa como densidad, adquiere importancia cuando se requiere que el concreto tenga un peso limite. Además, el peso específico es un indicador de calidad, en cuanto que los valores elevados corresponden a materiales de buen comportamiento, mientras que el peso específico bajo generalmente corresponde a agregados absorbentes y débiles, caso en que es recomendable efectuar pruebas adicionales. Valores usuales.- Los comúnmente empleados están comprendidos dentro de los límites de 2.6 a 3.0. Valores por materiales: Basalto …………………… 2.80 Pedernal ………………….. 2.54 Granito ……………………. 2.69 Hornfelsa………………….. 2.82 Caliza ……………………… 2.66 Porfido …………………..
2.73
Cuarcita …………………. 2.62 Arenisca ………………….. 2.50 Arena y Grava …………….2.65 Roca trapeana ……………2.90 B.1.14.- Peso Solido Se define como peso solido de un agregado al producto de su gravedad especifica por la densidad del agua. En la práctica se considera que el peso solido es aquel que tendría el material si se pudiera eliminar totalmente los vacíos internos y
25
externos. El peso solido se emplea en la determinación de volumen absoluto o volumen de solidos de material. B.1.15.- Volumen Absoluto Se define como volumen absoluto, volumen solido o volúmenes de solidos al espacio ocupado por las partículas de un material sin considerar sus vacíos internos o externos. El volumen absoluto de una masa de agregados es la suma de los volúmenes absolutos de todas sus partículas. B.1.16.- Contenido de vacíos Con respecto a la masa de agregado, el término “vacíos” se refiere a los espacios no ocupados entre las partículas de agregado. Puede decirse que este valor es la diferencia entre el volumen bruto o volumen total de la masa de agregado y el espacio realmente ocupado por las partículas. La importancia de esta radica en que el criterio para obtener la mejor combinación de agregado fino y agregado grueso es que el porcentaje de solidos sea tan grande como fuera posible. Desde que este es controlado por la granulometría, perfil y textura superficial, tanto el peso unitario como el porcentaje de vacíos del agregado sirven como índices aproximados de la adecuada selección de la granulometría. Es importante recordar que, desde que la trabajabilidad de una mezcla de concreto está influenciada por la granulometría del agregado y que aquella que produce máxima densidad tiende a dar mezclas poco trabajables la densidad de solidos no puede ser tomada como un criterio final. B.1.17.- Humedad y absorción Condiciones de humedad.- Los agregados presentan poros internos, los cuales se conocen como “abiertos” cuando son accesibles al agua o humedad exterior sin requisito de presión, diferenciándose de la porosidad cerrada, en el interior del agregado sin canales de comunicación con la superficie a la que se alcanza mediante fluidos bajo presión. Absorción.- Se entiende por absorción, al contenido de humedad total interna de un agregado que está en la condición de saturado superficialmente seco. La capacidad de absorción del agregado se determina por el incremento de peso de una muestra al horno, luego de 24 horas de inmersión en agua y de secado superficial. Esta condición se supone representa la que adquiere el agregado en el interior de una mezcla de concreto. La absorción efectiva es el volumen de agua necesario para traer agregado a la condición de secado al aire o semi seco a la condición saturado superficialmente seco. B.1.18.- Esponjamiento El esponjamiento del agregado fino es definido como el incremento de volumen de
26
un peso dado de material debido a que la humedad superficial tiende a mantener las partículas separadas unas a otras. El esponjamiento del agregado fino debido a variaciones en su contenido de humedad significa modificaciones en el contenido del agregado para un peso dado o viceversa, fuertes disminuciones en el peso del agregado para un volumen dado, así como un fuerte incremento en el porcentaje de vacíos. Aunque el esponjamiento en sí mismo no afecta las proporciones de un concreto dosificado en peso, en el caso de dosificaciones en volumen da lugar a que, en función de las diferentes condiciones de humedad del agregado, un volumen determinado del mismo puede significar pesos diferentes con la consiguiente modificación en las proporciones de la mezcla. B.1.19.- Granulometría Se define como granulometría a la distribución por tamaños de las partículas de agregado. Ellos se logra separando el material por procedimiento mecánico empleando tamices de aberturas cuadradas determinadas. El agregado comprende del 65% al 80% del volumen unitario del concreto. En razón de su importancia en el volumen de la mezcla la granulometría seleccionada para los agregados fino y grueso deberá permitir obtener en las mezclas una máxima densidad, con una adecuada trabajabilidad y características de acabado del concreto fresco con obtención de las propiedades deseadas en el concreto endurecido. Requisitos granulométricos.- La granulometría del agregado fino empleado en un trabajo determinado debe ser razonablemente uniforme. Las variaciones de más o menos 0.2 en el módulo de fineza pueden ser causa de rechazo. El agregado fino deberá contener suficiente cantidad de material que pasa la malla No 50 si se desea obtener adecuada trabajabilidad en la mezcla. En pastas ricas de material cementante, este porcentaje puede disminuir mientras que las pastas pobres requieren importante cantidad de material fino. El máximo deseable para el material que pasa la malla No 100 es de 3% a 5%, es importante indicar que los finos del agregado no deben ser confundidos con el limo, la marga u otras impurezas indeseables. En general se recomienda que el agregado fino tenga un módulo de fineza entre 2.3 y 3.1, ello no excluye la posibilidad de emplear agregados con módulo de fineza mayor o menores si se toman las precauciones adecuadas en la selección de las propiedades de la mezcla. Debe recordarse que los límites permisibles para el agregado fino dependen en alguna forma del perfil y las características superficiales de las partículas.
27
Un agregado fino compuesto de partículas suaves y redondeadas puede dar resultados satisfactorios con granulometría gruesa. Combinación de agregados.- Al combinar agregados separados sobre la base del análisis de tamices deberá considerar lo siguiente: a. Las proporciones se seleccionaran de manera tal que la granulometría de los agregados combinados este comprendida dentro de los limites deseados o se aproxima la granulometría considerada ideal para el concreto a ser utilizado en obra. b. La granulometría ideal es aquella que se ha determinado por experiencia y/o ensayos que representa para condiciones dadas (clase y tamaño máximo del agregado, contenido de cemento y consistencia) la combinación que produce un concreto de óptima calidad. c. El módulo de fineza de los agregados combinados debe estar dentro de los límites que se han considerado aceptables mediante ensayos. Tamaño máximo del agregado grueso.- Se determina a partir de un análisis por tamices y generalmente, se acepta que es el que corresponde al tamiz inmediatamente superior a aquel en el cual queda 15% o más de material acumulado retenido. Clasificación peruana.- En lo referente a la granulometría del agregado, la norma NTP 400.37 específica que:
Cuando se determine de acuerdo con la norma NTP 400.12, el agregado grueso
y
fino
deberán
cumplir
con
las
gradaciones
siguientes
respectivamente: TABLA No 01 Tamaño
Porcentajes que pasan por las siguientes mallas
Nominal 2”
1 ½”
1”
¾”
½”
3/8”
No 4
No 8
2”
95-100
-
35-70
-
10-30
-
0.5
-
1 ½”
100
95-100
-
35-70
-
10-30
0.5
-
1”
-
100
95-100
-
25-60
-
0.1
0.5
¾”
-
-
100
90-100
-
20-55
0.1
0.5
½”
-
-
-
100
90-100
40-70
0.15
0.5
3/8”
-
-
-
-
100
8-100
10-30
0.1
TABLA No 02 TAMIZ
GRUPO C
GRUPO M
GRUPO F
3/8”
100
100
100
28
No 4
95 – 100
85 – 100
89 – 100
No 8
80 – 100
65 – 100
80 – 100
No 16
50 – 85
45 – 100
70 – 100
No 30
25 – 60
25 – 100
55 – 100
No 50
10 – 30
5 – 48
5 – 70
No 100
2 – 10
0 – 12
0 – 12
El grupo C corresponde a arenas gruesas. El grupo M corresponde a arenas intermedias El grupo F corresponde a arenas finas.
Se permitirá el empleo de agregado que no cumpla con las gradaciones especificadas, siempre que existan estudios calificados a satisfacción de las partes, que aseguran que el material producirá concreto de la calidad requerida.
El agregado utilizado en concretos de Fc=210kg/cm2 de resistencia de diseño y mayores, deberán cumplir además de los requisitos obligatorios los siguientes: La granulometría del agregado fino deberá corresponder a la graduación C de la tabla No 02, se permitirá el uso del agregado que cumpla con la gradación indicada siempre y cuando existan estudios calificados a satisfacción de las partes, que aseguren que el material producirá concreto de la calidad requerida.
Para el agregado global la norma N.T.P. 400.37 se establece una granulometría en función del tamaño nominal máximo e acuerdo a la siguiente tabla: TABLA No 03 Granulometría Global TAMIZ
Tamaño Nominal
Tamaño Nominal
Tamaño Nominal
37.5 mm (1 ½”)
19.0 mm (3/4”)
9.5 mm (3/8”)
2”
100
1 ½”
95 – 100
100
¾”
45 – 80
95 – 100
½”
100
3/8”
95 – 100
No 4
25 – 50
35 – 55
30 – 65
No 8
20 – 50
No 16
15 – 40
No 30
8 – 30
10 – 35
10 – 30
29
No 50 No 100
5 – 15 0–8
*
0–8
*
0 – 8*
B.1.20.- Modulo de Fineza Es un índice del mayor o menor grosor del conjunto de partículas de un agregado. Se define como la suma de los porcentajes acumulados retenidos en las mallas de 3”,1 ½”, ¾”, 3/8”, No 4, No 8, No 16, No 30, No 50 y No 100 divididas entre 100. Gran número de granulometrías de agregado fino o grueso, o de una combinación de ambos, puede dar un módulo de fineza determinado. Esta es la principal desventaja del empleo de este factor, el cual se utiliza como índice de control de uniformidad de materiales. El módulo de fineza sirve como una medida de valor lubricante de un agregado, dado que cuanto mayor es su valor menor será su valor lubricante y la demanda de agua por área superficial. Pudiendo obtenerse con diferentes granulometrías el mismo módulo de fineza, esto no deberá emplearse para definir la granulometría de un agregado. B.1.21.- Superficie especifica Se define como superficie especifica de una partícula de agregado al área superficial de la misma. La superficie específica de un conjunto de partículas es la suma de las áreas superficiales de las mismas. Se expresa en cm2/gr. Cuando mayor es la superficie especifica mayor el área superficial a ser cubierta con pasta y menor diámetro de las partículas. El agregado fino siempre tiene una superficie específica alta, en tanto que del agregado grueso es baja. Agregados en las cuales varia la superficie específica, aun cuando tengan la misma densidad, no dan la misma resistencia al concreto. Para relaciones agua – cemento y agregado – cemento constantes, no existe una relación entre densidad y superficie específica, de tal manera que aun cuando la densidad varié, si la superficie especifica permanece constante la resistencia en compresión permanece significativamente constante. Si la granulometría de los agregados combinados se modifica de manera tal que la superficie especifica varia, puede obtenerse concretos de propiedades diferentes, pero si la granulometría del agregado combinado se modifica de manera tal que la superficie especifica se mantiene constante, se obtendrá concretos de las mismas propiedades. La consistencia del concreto disminuye conforme la superficie especifica se incrementa, por tanto no es posible variar la superficie del agregado sin variar la consistencia. C.1 EFECTOS DEL CEMENTO SOBRE LAS PROPIEDADES DEL
30
CONCRETO C.1.1 Aspecto General El cemento debe ser caracterizado en función de sus efectos sobre las propiedades del concreto y en forma secundaria en función de su composición química. Para propiedades tales como la resistencia y estabilidad de volumen, existen ensayos rápidos y aceptables. Para otras que implican ensayos en el largo plazo, el tiempo requerido por estos y la dificultad de duplicar las condiciones de trabajo obligan a aceptar predicciones de comportamiento en el largo plazo a partir de resultados conocido. Por lo tanto una adecuada selección del cemento a fin de cumplir con propiedades especificas o condiciones especiales de servicio, puede únicamente realizarse si se entiende la influencia del cemento sobre las propiedades individuales del concreto. C.1.2 Agrietamiento Térmico Desde que la hidratación del cemento es una reacción exotérmica libera calor conforme el cemento hidrata. El volumen y la velocidad de liberación son funciones de la composición y fineza del cemento siendo, en general, la velocidad de liberación de calor paralela a la velocidad de incremento de resistencia. En la mayoría de las construcciones de concreto el calor desarrollado es rápidamente disipado y tiene poca importancia salvo en estructuras tales como cimentaciones masivas, grandes estribos o presas deben tomarse precauciones para limitar la elevación de temperatura y evitar la expansión térmica. C.1.3.-Manjabilidad Diversas características del cemento pueden influir en el concreto y rn la facilidad de colocación del mismo, a continuación se indica algunos de los factores que intervienen. C.1.3.1.-Cantidad de Cemento La cantidad de cemento a emplear en la mezcla es un primer factor que debe ser considerado, el cemento es el material que en el concreto tiene el menor tamaño de partículas. El volumen de cemento en la mezcla tiene un efecto importante sobre la plasticidad y facilidad de colocación de esta. Las llamadas mezclas pobres o mezclas con un pobre contenido de cemento tienden a ser ásperas y difíciles de trabajar, siendo por lo tanto más difíciles de colocar o acabar. Las llamadas mezclas ricas o mezclas que contienen cantidades importantes de cemento, tienden a tener más cuerpo y son más cohesivas, fluidas y trabajables. Sin embargo, las mezclas muy ricas tienden a ser demasiado cohesivas y más difíciles de colocar.
31
C.1.3.2. Fineza del Cemento Influye en la manejabilidad, trabajabilidad y contenido de agua de una mezcla de concreto de la misma manera como el volumen de cemento empleado en el mismo. Sin embargo la importancia de la fineza del cemento es secundaria en relación a los efectos de la cantidad de cemento empleada. Las mezclas de bajo contenido de cemento tienden a perder coherencia, exudar en forma excesiva y segregar. En el concreto, otros constituyentes tales como el aire incorporado y los materiales finos y las arcillas presentes en el agregado, igualmente afectan la trabajabilidad, plasticidad y requisitos de agua de la mezcla. C.1.3.3.Caracteristicas del Fraguado Son transferidas directamente al concreto. La tendencia de la mezcla a adquirir rigidez
prematuramente
o
a
perder
asentamiento
rápidamente,
afectan
directamente a la facilidad de manejo, la consolidación y las características del acabado. Las características de fraguado normal o de rigidizacion deberán determinar el tiempo disponible para colocación, consolidación y acabado. Las mezclas ricas frecuentemente fraguan un poco más rápido que las mezclas pobres. La temperatura del concreto tiene un efecto significativo sobre su velocidad de endurecimiento. La temperatura del cemento en si misma tiene muy poca influencia sobre la temperatura del concreto y por consiguiente sobre su velocidad de endurecimiento. C.1.4.-Propiedades Elásticas El módulo de elasticidad del concreto es una función del módulo de elasticidad de la pasta de cemento (la cual forma la fase continua del concreto), del módulo de elasticidad del agregado (las partículas del cual se presentan como una inclusión dentro de la matriz) y el volumen de concentración de cada uno de ellas. Los productos solidos de hidratación del cemento Portland tienen un módulo de elasticidad prácticamente constante independientemente de la composición del cemento. El módulo de elasticidad de la pasta es función de la magnitud en que los productos de hidratación han llenado los poros capilares, siendo mayor el modulo cuanto mayor es el espacio ocupado: El grado de llenado se incrementa cuando la relación agua-cemento disminuye y el grado de hidratación se incrementa los valores usuales de la relación agua- cemento y para las edades para las cuales la información es generalmente entre 7000 y 14000MPa. Desde que los valores indicados son menores que los de los agregados de peso
32
normal y desde que el volumen de agregado es generalmente 3 a 4 veces mayor que el de la pasta, el agregado es el mayor determinante del módulo de elasticidad del concreto. El principal efecto del cemento es incrementar el módulo de elasticidad del concreto conforme la relación agua-cemento disminuye y el grado de hidratación se incrementa, y reducir el modulo conforme la concentración del volumen de pasta se incrementa. C.1.5.-Permeabilidad La composición por compuestos de un cemento de una fineza dada afecta la permeabilidad de la pasta, para una relación agua-cemento dada, a una edad determinada, únicamente en la medida que influye en la velocidad de hidratación. La porosidad final y la permeabilidad a edades posteriores no son afectadas. Sin embargo, para una relación agua-cemento dada, Power ha encontrado que los cementos de menor fineza tienden a producir pastas con más alta porosidad que el cemento más fino. La permeabilidad del concreto depende de la pasta así como la del agregado y la proporción relativa de cada uno de ellos. También depende fuertemente de los procedimientos
de
colocación,
acabado
y
curado,
especialmente
de
la
consolidación. La permeabilidad del concreto al agua o al vapor no es una función simple de su porosidad, ya que depende igualmente del tamaño, distribución y continuidad de los poros tanto en la pasta de cemento como en el agregado. Los poros en la pasta son de dos clases. Los poros gel, lo cuales constituyen el 28% del volumen de la pasta y son espacios intersticiales dentro de la masa del gel. Ellos son muy pequeños, del tamaño de una burbuja del agua. Los poros capilares con mayores, entre 100 y 1000 micrones, y están irregularmente distribuidos a través de la pasta de cemento, debido a que los poros capilares representan el remanente de los espacios originalmente llenos de agua, ellos pueden variar de o% a 40% dependiendo de la relación agua-cemento original y del grado de hidratación. Conforme la hidratación progresa la permeabilidad disminuye. Así normalmente, cuanto más alta es la resistencia de una pasta dada, o mayor es el tiempo de curado, menor es su permeabilidad. El flujo de: Power ha presentado una relación entre la permeabilidad y la porosidad capilar del cemento. Para pastas hidratadas al mismo grado, la permeabilidad será menor conforme disminuye la relación aguacemento. C.1.6.-Corrosion del acero Un concreto que es adecuadamente dosificado compactado y curado, proporciona
33
excelente protección contra la corrosión del acero embebido cuando el recubrimiento del acero es adecuado. Para que ocurra corrosión debe haber disponibles agua y oxígeno en la superficie de acero embebido y la alcalinidad del concreto deberá haber sido reducida a valores por debajo de un pH de 9.Sin embargo, cuando la calidad del concreto y la cubertura son adecuadas, la causa más frecuente de un proceso de corrosión es la presencia de cloruros. La presencia de metales disimiles embebido en concretos que contienen cloruros facilita un rápido inicio de procesos corrosivos. El tipo de cemento tiene un efecto secundario sobre el nivel de protección del acero. Hay informes discrepantes en relación a que el cemento con alto contenido de álcalis tiene un mejor comportamiento en medios alcalinos. De acuerdo a Verbeck cuanto más alto es el contenido de C 3A mayor es la cantidad de ion cloro que puede ser precipitado como cloro aluminato de calcio insoluble, convirtiendo así a este elemento inocuo en relación con la corrosión del acero. Los concretos densos que tienen baja permeabilidad con adecuada cobertura de recubrimiento y bajo volumen de cloruros deberán ser empleados para proporcionar protección contra la corrosión: Bajo condiciones de exposición severas, se puede requerir protección adicional tal como refuerzo revestido de epoxi a fin de prevenir corrosión. C1.7.-Resistencia a la congelación La vulnerabilidad del concreto a daños debido a procesos de congelación y deshielo depende principalmente de si el se encuentra en condiciones de saturación crítica con agua. Ello a su vez es una función de la estructura porosa de la pasta y de la exposición a condiciones que proporcionen suficiente acceso a la humedad. La permeabilidad disminuye conforme la hidratación aumenta y, por lo tanto, la resistencia se desarrolla y el número de poros capilares disminuye. Por ello, la permeabilidad de los concretos de la misma edad e igual relación agua-cemento no deberá ser la misma si la velocidad y magnitud de ganancia de resistencia, la cual es función de la características del cemento, difiere por los diferentes cementos empleados. Por ello, desde el punto de vista de la permeabilidad, las propiedades del cemento son importantes en la medida que ellas influyen en la resistencia y permeabilidad del concreto al momento de su exposición a procesos de congelación y deshielo. C.1.8.-Resistencia a ataques químicos El primer requisito para obtener resistencia a ataques químicos en el concreto es que sea preparado con un cemento adecuado. O una combinación cementopuzolana o cemento-escoria adecuada. Además, el empleo de una baja relación
34
agua cemento acompañada de una cuidadosa compactación y un curado adecuado, a fin de producir un concreto de alta densidad, deberán contribuir a incrementar su resistencia ataques químicos, el aire incorporado puede ser una ayuda. Los concretos preparados de cemento Portland son generalmente resistentes a acciones químicas cuyo pH es mayor de 6.Hay sin embargo notables excepciones y condiciones calificantes. Así el ataque por sulfatos es especial importancia debido a la presencia de estas sales en suelos, agua de mar, aguas freáticas y procesos químicos provenientes de los efluentes. Debido a la tendencia de los cementos Portland de alto contenido de C 3A a ser susceptibles al ataque de sulfatos. Los cementos de bajo contenido de estos compuestos (tipos II y V) son a menudo empleados para concretos en medios ricos en sulfatos. II.D.0 AGUA El agua empleada en la preparación y curado del concreto debe ser de preferencia potable. El agua presente en la mezcla de concreto reacciona químicamente con el material cementante para lograr: a) La formación de gel. b) Permitir que el conjunto de la masa adquiera la propiedades que: *En estado no endurecido faciliten una adecuada manipulación y colocación de la misma; y *En estado endurecido la conviertan en un producto de las propiedades y características deseadas. Como requisito de carácter general y sin que ello implique la realización de ensayos que permitan verificar su calidad, se podrá emplear como agua de mezclado aquellas que se considere como potables, o las que por experiencia se conozca que pueden ser utilizadas en la preparación del concreto. Debe recordarse que no todas las aguas que no son adecuadas para beber son inconvenientes para preparar el concreto. En general dentro de las limitaciones que en las diferentes secciones se han de dar el agua de mezclado deberá estar libre de sustancias colorantes, aceites y azucares. Adicionalmente, el agua empleada no deberá contener sustancias que puedan producir efectos desfavorables sobre el fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del concreto, o sobre los elementos metálicos embebidos en este. Previamente a su empleo, será necesario investigar y asegurarse que la fuente de provisión no está sometida a influencias que puedan modificar su composición y características con respecto a las conocidas que permitieron su empleo con
35
resultados satisfactorios. D.1 Requisitos de calidad El agua que ha de ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con la Normas NTP 339.088 y ser de preferencia potable. No existen criterios uniformes en cuanto a los límites permisibles para las sales y sustancias presentes en el agua que va a emplearse. A continuación se presenta, en partes por millón, los valores aceptados como máximos para el agua utilizada en el concreto. Cloruros………………………………300ppm Sulfatos……………………………….300ppm Sales de Magnesio………………… 150ppm Sales solubles totales………………..500ppm pH………………………………………mayor de 7 Sólidos en suspensión………………1,500ppm Materia orgánica………………………10ppm La Norma Peruana NTP 339.088 considera aptas para la preparación y curado de los concretos aquellas aguas cuyas propiedades y contenidos de sustancias disueltas están comprendidos dentro de los siguientes límites: a) El contenido máximo de materia orgánica, expresada en oxigeno consumido, será de 3ppm. b) El contenido de residuo insoluble no será mayor de 56000ppm. c) El pH estar contenido entre 5.5 y 8.0. d) El contenido de sulfatos, expresado como ion SO4, será menor de 600ppm. e) El contenido de cloruros, expresado como ion Cl, será menor de 1000ppm. f) El contenido de carbonatos y bicarbonatos alcalinos (alcalinidad total) expresada en NaHCO3, será menor de 1000ppm. g) Si la variación de color es un requisito que se desea controlar, el contenido de fierro, expresado en ion férrico será de 1ppm. D.2 Agua prohibidas a) Aguas acidas. b) Aguas calcáreas; minerales; carbonatadas; o naturales. c) Aguas provenientes de mina o relaves. d) Aguas que contengan residuos industriales.
36
e) Aguas con un contenido de cloruro de sodio mayor de 3%; o un contenido de sulfato mayor del 1%. f) Aguas que contengan algas; materia orgánica; humus; partículas de carbón; turba; azufre; o descargas de desagüe. g) Aguas que contengan acido húmico u otros ácidos orgánicos. h) Aguas que contengan azucares o sus derivados. i) Aguas con porcentajes significativos de sales de sodio o potasio disueltos, en especial todos aquellos casos e que es posible la reacción álcaliagregado. D.3 Limitaciones Las sales u otras sustancias dañinas que puedan estar presentías en los agregados y/o aditivos, deberán sumarse a la cantidad que pudiera aportar el agua de mezclado a fin de evaluar el total de sustancias inconvenientes que puedan ser dañinas al concreto, el acero, el acero de refuerzo, o los elementos metálicos embebidos. El agua empleada en la preparación del concreto para elementos pre esforzados, o en concretos que tengan embebidos elementos de aluminio o de fierro galvanizado, incluyendo la porción del agua de la mezcla con la que contribuyen la humedad libre del agregado o las soluciones de aditivos, no deberá contener cantidades de ion cloruro mayores del 0.6% en peso del cemento. La suma total de las cantidades de ion cloruro presentes en el agua, agregados y aditivos, no deberá nunca exceder, expresada en porcentajes en peso del cemento, de los porcentajes indicados a continuación: Concreto pre-esforzado…………………………………………….0.06% Concreto armado que tenga elementos de aluminio o Fierro galvanizado embebidos…………………………………… 0.06% Concreto armado expuesto al acción de cloruros………………0.10% Concreto armado no protegido que puede estar sometido A un ambiente húmedo pero no expuesto a cloruros………….0.15% Concreto armado que deberá estar seco o protegido de la Humedad durante su vida por medio de un recubrimiento impermeable……………………………………………………………0.80% D.4 Requisitos del Comité 318 del ACI La publicación 318-99 del American Concrete Institute”Building Code Requirements for Structural Concrete” en su capítulo 3, acápite 3.4, fija cuatro requisitos para el agua de mezclado:
37
D.4.1.-El agua empleada en el mezclado del concreto deberá estar limpia y libre de cantidades peligrosas de aceites, álcalis, ácidos, sales, materia orgánica otras sustancias peligrosas para el concreto o el refuerzo. D.4.2.-El agua de mezclado para concreto premezclado o para concreto que deberá contener elementos de aluminio embebidos, incluida la porción del agua de mezclados que es contribuida en forma de agua libre sobre el agregado, no deberá contener cantidades peligrosas de ion cloruro. D.4.3.-No deberá emplearse en el concreto, aguas no potables, salvo que las siguientes condiciones sean satisfechas: D.4.3.1.-La selección de las proporciones del concreto deberá basarse en mezclas de concreto en las que se ha empleado agua de la misma fuente. D.4.3.2.-Los cubo de ensayo de morteros preparados con agua de mezclado no potable deberán tener a los 7 y 28 días, resistencias iguales o por lo menos el 90% de la resistencia de especímenes similares preparados con agua potable. Los ensayos de comparación de resistencia deberán ser preparadas con morteros, idénticos con excepción del agua de mezclado, preparados y ensayados de acuerdo a la Norma ASTM C 109”Test Method for Compressive Strengh of Hydraulic Cement Mortar”(empleando especiminbes cúbicos de 2” o 50mm). Las sales u otras sustancias peligrosas, con las que contribuyen los agregados o aditivos, deben ser añadidas al volumen que puede ser contenido en el agua de mezclado. Estos volúmenes adicionales deben ser considerados en la evaluación de la aceptación de las impurezas totales que pueden ser peligrosas para el concreto o acero. D.5 Almacenamiento El agua a emplearse en la preparación del concreto se almacenara, de preferencia, en tanques metálicos o silos. Se tomaran las precauciones que eviten su contaminación. II.E.0 ADITIVOS Es definido por la Norma ASTM 125 como “un material que no siendo agua, agregado, cemento hidráulico, o fibra de refuerzo es empleado como un ingrediente del mortero o concreto y es añadido a la tanda inmediatamente antes o durante su mezclado”. Los aditivos son materiales utilizados como componentes del concreto o el mortero, los cuales se añaden a estos durante el mezclado a fin de: a) Modificar una o algunas de sus propiedades, a fin de permitir que sean más adecuadas al trabajo que se está efectuando.
38
b) Facilitar su colocación. c) Reducir los costos de operación. En la decisión del empleo de aditivos debe considerarse en qué casos: a) Su utilización puede ser la única alternativa para lograr los resultados deseados. b) Los objetivos deseados puedan lograrse, con mayor economía y mejores resultados, por cambios en la composición o proporciones de la mezcla. El empleo de aditivos incorporadores de aire es obligatorio en concretos que, en cualquier etapa de su vida, puedan estar expuestos a temperatura ambiente menores de 0ºc.En otros casos el empleo de estos aditivos solo es obligatorio cuando puede ser la única alternativa para lograr los resultados deseados. Evaluaciones necesarias para el uso de un aditivo: -
El costo de utilizar un ingrediente extra y el efecto de ello sobre los costos de puesta en obra del concreto;
-
La posibilidad de emplear procedimientos menos costosos, o diseños más avanzados;
-
Todos aquellos aspectos que puedan justificar el mayor costo del concreto debido al empleo del aditivo.
TITULO III.-PROPIEDADES DE LOS COMPONENTES DE ALBAÑILERIA A.- CIMENTACION La cimentaciones para las estructuras analizadas, son las consideradas o denominadas cimentaciones poco profundas o superficiales, en general estas expresiones se refieren a cimentaciones en las que la profundidad de desplante no es mayor de un par de veces el ancho del cimiento; sin embargo.es evidente que no existe un límite preciso en la profundidad de desplante que separe a una cimentación poco profunda de una profunda. A.1 Clasificación de cimentaciones poco profundas Los tipos más frecuente de cimentación poco profundas son las zapatas aisladas, las zapatas corridas y las losas de cimentación. Las zapatas aisladas son elementos estructurales, generalmente cuadrados o rectangulares y más raramente circulares, que se construyen bajo las columnas con el objeto de transmitir la carga de estas al terreno en una mayor área, para lograr una presión apropiada. En ocasiones las zapatas aisladas soportan más de una columna. Las zapatas aisladas se3 construyen generalmente de concreto reforzado. Las zapatas corridas o elementos análogos a los anteriores en los que la
39
longitud supera en mucho al ancho. Soportan varias columnas o un muro y pueden ser de un concreto reforzado o de mampostería, en el caso de cimientos que transmiten cargas no muy grandes. La zapata corrida es una forma evolucionada de la zapata aislada, en el caso de que el suelo ofrezca una resistencia baja, que obligue al empleo de mayores áreas de repartición o en el caso que deban transmitirse al suelo grandes cargas. Cuando la resistencia del terreno sea muy baja y las cargas sean muy altas, las áreas requeridas para apoyo de la cimentación deben aumentarse, llegándose al empleo de verdaderas losas de cimentación, construidas también de concreto reforzado, las que pueden llegar a ocupar toda la superficie construida. No existe ningún criterio preciso para distinguir entre si los tres tipos anteriores, siendo la practica la norma para su distinción. También existe multitud de variedades de cimentaciones combinadas en la que los tres tipo básicos se entremezclan a gusto del proyectista o del constructor, que se reforzara siempre para extraer del suelo el mayor partido posible, combinando los factores estructurales con las características del terreno de la manera más ventajosa en cada punto. Si aun en el caso de emplear una losa corrida la presión transmitida al subsuelo sobrepasa la capacidad de carga de este, es evidente que habrá de recurrirse a soportar la estructura en estratos más firmes que se encuentren a mayores profundidades, llegándose así a las cimentaciones profundas. A.2 Factores que determinan el tipo de cimentación Los factores genéricos que influyen en la selección de una cimentación dada pueden agruparse en tres clases principales: 1. Los relativos a la superestructura, que engloban su función, cargas que transmite al suelo, materiales que la constituyen, etc. 2. Los relativos al suelo, que se refieren a sus propiedades mecánicas, especialmente a su resistencia y compresibilidad, a sus condiciones hidráulicas, etc. 3. Los factores económicos, que deben balancear el costo de la cimentación en comparación con la importancia y aun el costo de la superestructura. De hecho el balance de los factores anteriores, puede hacer que diferentes proyectistas de experiencia lleguen a soluciones ligeramente distintas para una cimentación dada, pues el problema carece de solución única por faltar un criterio”exacto”para efectuar tal balance, que siempre tendrá una parte de apreciación personal.
40
Debe observarse que al balancear los factores anteriores, adoptando un punto de vista estrictamente ingenieril debe estudiarse no solo la necesidad de proyectar una cimentación que se sostenga en el suelo disponible sin falla o colapso, sino también que no tenga durante su vida asentamientos o expansiones que interfieran con la función de la estructura. A.3 Cimentaciones en arenas y gravas En todo problema de cimentación existe un doble aspecto a considerar; por una parte la capacidad de carga, para evitar la falla por este concepto; por otra parte existe un aspecto de asentamientos, según el cual la cimentación no debe sufrir hundimientos o expansiones que pongan en peligro la función de la estructura o que sean mayores que aquellos considerados como tolerables en el proyecto estructural. Analizando la capacidad de carga, siendo un cimiento de ancho B es ya desplantado a una profundidad. Dentro de un manto muy potente de arena o grava, la capacidad de carga de ese cimiento podrá estimarse haciendo uso de las fórmulas que proporciona la teoría de Terzaghi, para el caso de un cimiento muy largo, dicha capacidad a la falla será por lo tanto: Qc = γ Df Nq + 1γ BNγ Puede verse que en esencia, la capacidad de carga última de un cimiento poco profundo en arena depende de:
La capacidad relativa de la arena, que se refleja en el valor de ø y por ello, en los valores de los factores de capacidad de carga Nq y Ny. de hecho dicha compacidad influye muy poderosamente en la capacidad de carga, pues Nq y Ny. aumentan muy abruptamente cuando kla capacidad llega a valores muy altos. El mejor método practico para determinar la compacidad relativa de un manto de arena es quizá la prueba estándar de penetración.
La posición de las aguas freáticas.
El ancho de la cimentación.
Y la profundidad de desplante.
41
Fuente Mecánica de Suelos Tomo II Juárez Badillo En la figura representa aproximadamente la distribución real de presión bajo una placa rígida colocada sobre arena o grava. A.4 Factor de seguridad de acuerdo a la carga admisible Todas las capacidades de carga que hasta ahora se han mencionado corresponden a valores de falla, es decir, a valores tales que si esos esfuerzos se dieran al material, este quedaría en estado de falla inicial. Estos valores en la práctica no son los que se asignan a las cimentaciones reales. Nace así el concepto de capacidad de carga admisible o de trabajo, que es con la que se diseñara una cimentación. La capacidad de carga admisible en un caso dado será siempre menor que la de la falla y deberá estar suficientemente lejos de este como para dar los márgenes de seguridad. Necesarios para cubrir todas las incertidumbres referente a las propiedades de los suelos, a al magnitud de cargas actuantes, a la teoría especifica de capacidad de carga que se use y a los problemas y desviaciones de la construcción. En función de tomar márgenes absolutos para diferentes suelos y tener un nivel de confianza, la carga admisible es un factor relacionado a la capacidad de carga y a un factor de seguridad. Los valores típicos aceptados por la costumbre, y que se aplican a las cimentaciones poco profundas. Así si en el análisis de cargas actuantes se consideran las permanentes es recomendable usar un F.S. mínimo de 3.Si se toman en cuenta cargas permanentes y carga viva eventual, el valor anterior puede reducirse a 2 o 2.5, si adema se consideran efectos de sismo en regiones de tal naturaleza el factor de seguridad puede llegar a tomar valores tan bajos como 1.5. A veces es conveniente verificar el factor de seguridad correspondiente a los tres casos, independientemente. Todo lo anterior se refiere a problemas de falla en las cimentaciones; sin embargo, como ya se dijo, hay casos en los que el asentamiento representa la condición dominante. En estos casos habrá de usarse una capacidad de carga aún menor
42
que la admisible y tal que los hundimientos del subsuelo sean compatibles con el buen funcionamiento de la estructura. De acuerdo a las Normas Peruanas de Estructuras las cargas a utilizar con el factor de seguridad deberán ser:
Para el cálculo del factor de seguridad de cimentaciones: se utilizaran como cargas aplicadas a la cimentación, las cargas de servicio que se utilizan para el diseño estructural de las columnas del nivel más bajo
de la edificación.
Para el cálculo del asentamiento de cimentaciones apoyadas sobre suelos granulares; se deberán considerar la máxima carga vertical que actué (carga muerta más carga viva más sismo) utilizando para el diseño de las columnas del nivel más bajo de la edificación.
Para el cálculo de asentamientos en suelo cohesivos. Se considerara la carga muerta más el 50%dfwe la carga viva sin considerar la reducción que permite la Norma Técnica de Edificaciones E-020 Cargas.
El factor de seguridad frente a la falla por corte según la misma Norma son los siguientes:
Para cargas estáticas :3.0
Para solicitaciones máximas de sismo o viento(la que sea más desfavorable 2.5
Y la presión admisible se efectuara tomando en cuenta lo siguiente:
Profundidad de cimentación.
Dimensión de los elementos de la cimentación.
Características físico mecánicas de los suelos ubicados dentro de la zona activa de la cimentación.
Probable modificación de la característica físico mecánica de los suelos, como consecuencia de los cambios en el contenido de humedad.
Ubicación del nivel freático.
Asentamiento tolerable de la estructura.
Presión admisible será la menor de la que se obtenga mediante:
La aplicación de las ecuaciones de capacidad de carga por corte afectada por el factor de seguridad correspondiente.
La presión que cause el asentamiento admisible.
B.- MUROS DE ALBAÑILERIA
43
Comportamiento.-El comportamiento esfuerzo/deformación genérico de los muros de albañilería se puede asimilar a un diagrama aproximadamente trilineal (ver figura Nº 03) el cual ha sido deducida de la pruebas experimentales, algunas cíclicas efectuadas en el Perú.
El primer tramo tiene un régimen lineal, claramente elástico en el que los lazos histereticos muestran prácticamente no hay absorción de energía, el tramo termina cuando aparecen en el muro fisuraciones apreciables a simple vista (lo que permite deducir que ocurre microfisuraciones a niveles reducidos de carga) y repentina degradación de resistencia y rigidez. El nivel de esfuerzo a que esto ocurre depende de la resistencia a tracción de la albañilería, que es un valor prácticamente independiente de la calidad de la unidad de albañilería y de la cuantía de refuerzo, pero dependiente de la calidad del mortero. El nivel de deformación es variable dentro de un rango muy limitado y es función del módulo de elasticidad de la albañilería que, a su vez, es dependiente de la calidad de la unidad de albañilería y del mortero. A partir de la fisuración visible ocurre repentina perdida de rigidez y resistencia, iniciándose el segundo tramo, ahora inelástico con lazos histereticos que muestran alguna absorción de energía, el tramo termina cuando alcanza la carga última, la cual va acompañada de rajaduras apreciables y deterioro sustancial. El nivel de esfuerzo a que esto ocurre es función de la cuantía de refuerzo, a más refuerzo, dentro de ciertos límites, mayor carga ultima.
44
El tercer tramo depende de la forma de falla que ha condicionado la carga última. Si ella ha sido alcanzada en tracción por flexión se puede obtener un régimen de comportamiento plástico con apreciable ductilidad en el que el muro mantiene su habilidad para resistir, aun con deformaciones sustanciales crecientes, una parte importante de la carga última. Los ciclos histereticos demuestran capacidad para absorber energía aunque con lazos apretados que, al mismo tiempo, no se estabilizan con rapidez. Si la carga última se alcanza primero en tracción diagonal el comportamiento es apreciablemente menos plástico y menos dúctil, finalmente, si ella se alcanza en compresión por flexión o por alguna falla secundaria (pandeo de armaduras en compresión por ejemplo) el comportamiento es francamente frágil. Enfoque de diseño En el diseño de muros de corte de albañilería el primer objetivo es el de evitar la fisuración de los muros para sismos frecuentes no destructivos. Hasta ese nivel de deformación la capacidad resistente está controlada exclusivamente por la resistencia a tracción de la albañilería (sin influencia de la cantidad de armadura) y es necesario en consecuencia limitar los esfuerzos de corte proveyendo las debidas áreas de muro, a valores compatibles con la escasa resistencia de la albañilería a tracción. El segundo objetivo es de evitar el colapso de un muro o de muros de la edificación para sismos destructivos. Para lograr tal propósito es indispensable colocar armadura de modo tal que ella asuma el total de los esfuerzos de tracción, por flexión o corte, que se puedan presentar en el muro. De no colocarse armadura la falla del primer muro será frágil coincidente con la fisuración y el colapso del sistema de muros de la edificación progresivo. Finalmente es necesario también asegurar que una vez ocurrida la falla en algún muro del sistema de muros de la edificación, dicho muro sea capaz de mantener bajo deformaciones crecientes importantes, una buena porción de la resistencia ultima; es decir que el muro de corte debe poseer plasticidad y ductibilidad. En albañilería este comportamiento dúctil se encuentra ligado, tal como se ha mencionado anteriormente, al modo de falla del muro de corte. Es tarea entonces del diseño lograr sistemas de muros de largos razonablemente uniformes, con relaciones alto total/largo no menores de 1.5,que conduzcan conjuntamente con el dimensionamiento, la cuantía del refuerzo y el detalle del armado a que la tendencia del muro sea a fallar primero en tracción por flexión y no primero en compresión o tracción diagonal.
45
Influencias Para adquirir sensibilidad con relación a los parámetros que definen el comportamiento del muro de corte conviene analizar la influencia de los más importantes: a) Resistencia a la compresión y resistencia a la tracción.-La resistencia a la compresión en la albañilería se mide mediante un ensayo estandarizado en prismas(o pilas), de proporciones predeterminadas elaboradas con las unidades de albañilería y el mortero que se emplean o se emplearan en la construcción. Los resultados de la prueba de compresión se evalúan estadísticamente para obtener el valor característico que usualmente admite de 10 a 15% de ensayos con resultados inferiores. La prueba es simple y económica, constituyendo en la actualidad, el único ensayo que se emplea en obra para verificar la calidad de la albañilería, al contrastarse sus resultados con la especificación del proyecto que establece el valor característico de la resistencia a la compresión (f’m). Si bien la resistencia a la compresión es importante para el diseño de la albañilería su valor es, de por sí, naturalmente elevado en el material y, de otro lado no es tan determinante como la resistencia a la tracción en definir la competencia sísmica de un edificio de albañilería; debe tenerse en cuenta que la falla por compresión, en el ensamblaje de muros de corte que constituye una edificación real; es improbable, ya que los muros transversales a la dirección de la fuerza lateral sísmica provee “alas” de compresión a los muros que recogen dicha fuerza. De otro lado salvo para unidades de albañilería de baja calidad no hay relación entre la resistencia a la tracción y la resistencia a la compresión de la albañilería. Más aún existe abundante evidencia experimental y verificación teórica de que, para una determinada unidad de albañilería, la relación es inversa; es decir, dentro de ciertos límites, aumento de f’m reducen la resistencia a la tracción. Esto se explica por la forma de falla del prisma como material laminado, en que la unidad de albañilería, más resistente y rígida que el mortero, falla en tracción tratándose impedir la expansión lateral de ese último, mientras, que en tracción la falla esencialmente por despegue de la unidad de albañilería del mortero. Si bien hay muchos ensayos de laboratorio adecuados para investigar la resistencia a tracción, ellos son muy complicados y costosos o de variabilidad intrínseca elevada para poder ser útiles como instrumentos de
46
control de obra. Adicionalmente, debe tenerse en cuenta que la albañilería es heterogénea y anisotrópica. La resistencia a tracción o compresión depende de la dirección en que se le mide. Esto carece de importancia práctica en el caso de la compresión, pues ella es crítica, prioritariamente en una sola dirección, perpendicular a la hilada. Esto no es así para la tracción, ya que ella, en un muro de corte, aparece críticamente en direcciones diversas. La tendencia es a buscar una prueba de control, simple, económica y de variabilidad intrínseca reducida, que mida el valor de la adhesión, este a su vez, relacionado con la resistencia a tracción diagonal(a 45º con la hilada)que debe ser considerada como la más descriptiva de la albañilería. Consecuentemente, aunque la resistencia a la tracción es la propiedad sísmica resistente esencial, no hay actualmente forma de medirla y se debe optar por caminos indirectos, a través del control de los materiales y de los procedimientos, para maximizarla. b) Unidad de Albañilería. La calidad de la unidad de albañilería es determinante del espesor del murió de corte; a mayor calidad menor espesor, como la masa de los muros representa un porcentaje considerable de la masa total de la edificación, dicha calidad está ligada a la economía integral. Tres son las propiedades que definen la calidad de la unidad de albañilería. Obviamente la primera es su resistencia a la compresión (f’b) que condicionara directamente la de la albañilería (f’m) y, luego, la variabilidad dimensional que condiciona el espesor de la junta de mortero y de este modo la resistencia f’m, se debe tener en cuenta que cada aumento de 3mm en la junta horizontal, sobre lo estrictamente necesario, reduce la resistencia a la compresión de la albañilería en 20%. En el Reglamento Nacional de Construcciones la Norma E-70 Albañilería aprobado en el 82 en el ítem C.4.c. Y las Normas Peruanas de Estructuras dice “Que el espesor de las juntas de mortero sea como mínimo 10mm.Y no más de dos veces la tolerancia dimensional en la altura de la unidad de albañilería más 4mm. En el Reglamento y la Norma el marco de Valores de f’m son de acuerdo al siguiente cuadro. Cuadro Nº 07 VALORES DE f’m
47
TIPO DE LA UNIDAD DE
MORTERO
ALBAÑILERIA P1 ó P1C
P2 ó P2C
Ladrillo I
15
15
Ladrillo II
25
25
Ladrillo III
35
35
Ladrillo IV
45
40
Ladrillo V
55
45
Finalmente la succión que es la medida de la velocidad inicial reabsorción de agua en la cara de asiento de la unidad de albañilería, la succión es indispensable para que exista adhesión con el mortero, ya que ella es responsable que los solubles del cemento, disueltos en el agua absorbida, se incrusten y luego cristalicen en los micro poros de la unidad de albañilería proveyendo así la adhesión con el mortero y unidad
de
albañilería,
sin
embargo
la
succión
elevada
(más
de
30
gramos/minuto/200cm2,en la prueba normalizada)ocasiona absorciones excesivas de agua, al ponerse en contacto el mortero con la primera unidad de albañilería, impidiendo que la segunda(la de arriba)encuentre el agua y los solubles necesarios. Esta situación de succión elevada se presenta con gravedad en ladrillos de arcilla artesanales o industriales de baja calidad; la “solución “·en estos casos es mojar los ladrillos inmediatamente antes de usarlos, para reducir la succión aparente de asentado a valores adecuados, pero dicho proceso incorpora evidentemente una variable muy difícil de especificar y controlar. c) Mortero.-El mortero es el adhesivo que une las unidades de albañilería y confiere así resistencia a tracción a la albañilería. El mortero requiere máxima trabajabilidad, medida por su fluidez, plasticidad y retentividad de modo tal que sea fácilmente colocable por el operario, asegurando el relleno de todas las juntas y el contacto íntimo y continuo de las unidades de albañilería y el mortero. El objetivo debe ser conseguir adhesión suficiente para desarrollar la resistencia a la tracción de la unidad de albañilería obteniéndose así un material homogéneo. Esto lamentablemente
no
se
puede
conseguir
en
la
práctica
con
morteros
convencionales y con unidades de albañilería de buena calidad; las fisuras tienden a recorrer no líneas rectas sino caminos escalonados coincidentes con las juntas
48
horizontales y verticales, que se ubican en su recorrido horizontal en la interface entre la parte superior del mortero y la inferior de la unidad de albañilería. Para asegurar las propiedades antes mencionadas del mortero se requiere necesariamente en la presencia del cemento como adhesivo de la cal como plastificante y retentivo. Y del agua en la cantidad necesaria sin límites arbitrarios, para obtener fluidez. Adicionalmente, el mezclado mecánico de los componentes ha demostrado ser muy eficientes en aumentar la adhesividad y así la resistencia a tracción de la albañilería. En el Reglamento Nacional de Construcciones
El mortero estará constituido de una mezcla de aglomerantes y agregados en las proporciones volumétricas siguientes: 1º Cuando se emplea Cemento Portland Tipo I y Cal Hidratada. Cuadro Nº 08 Tipo P1-C
Cemento 1
Cal 1
Arena 4
P2-C
1
1
5
NP-C
1
1
6
2º Cuando se emplea cemento Portland Tipo I Cuadro Nº 09 Tipo P1
Cemento 1
Arena 4
P2
1
5
NP
1
6
3º Se podrá usar otras composiciones de mortero siempre en cuando se realicen pruebas de laboratorio suficientes para garantizar resistencia de la albañilería análoga a la que se obtiene, con las proporciones descritas en el 1º y 2º cuadro y se asegure la durabilidad de la albañilería. A as cuales se añadirá la cantidad máxima de agua que de una mezcla trabajable con el badilejo, adhesiva y sin segregación de los constituyentes.
Los materiales aglomerantes serán cemento Portland y cal hidratada.
El agregado será arena natural, libre de materia orgánica con las siguientes características. a) Granulometría
49
Tabla Nº 4 Malla Nº 4
% que pasa 100
Nº 8
95@ 100
Nº 100
25 máximo
Nº 200
10maximo
b) Módulo de Fineza de 1.6 a 2.5 c) Partículas quebradizas máximo 1% por peso
El agua será bebible, limpia libre de sustancias deletéreas, ácidos, álcalis y materia orgánica. d) Mano de obra. La calidad y uniformidad de la albañilería es más dependiente de su ejecución que la de otros materiales estructurales. Es así que el artesano competente es indispensable para obtener una buena albañilería. Nada se consigue solo con buenos materiales, ellos además deben ser usados con propiedad. Un buen control es siempre necesario pero e vuelve impotente con operarios sin destreza. Fuera de conceptos obvios como alineamiento y aplomo en la construcción de un muro, el artesano es responsable de que:
Todas las juntas horizontales y verticales queden completamente llenas de mortero.
El espesor de las juntas de mortero sea como mínimo 10mm.Y no más de lo estrictamente necesario exigido por la variabilidad de la unidad de albañilería.
Las unidades de albañilería se asienten con las superficies limpias y sin agua libre y con el tratamiento previo y adecuado de succión.
La unidad de albañilería se asienten con presión sobre el mortero sin bamboleo ni otros movimientos.
Se mantenga el temple (la trabajabilidad) del mortero mediante el reemplazo del agua que se pueda haber evaporado.
No se atente contra la integridad del muro recién asentado. e) Compresión axial.-Existe suficiente evidencia que muestra que las compresiones axiales debidas a la carga de gravedad, al mejorar la resistencia a tracción de un muro de corte, son beneficiosas, siempre y cuando, no se exceda limites que tiendan a ocasionar fallas frágiles por
50
compresión. Este hecho hace importante sísmicamente el uso de entrepisos, como las losas multidireccionales, que aplican carga de gravedad sobre todos los muros y no solo sobre algunos. El Reglamento Nacional de
Construcciones y las Normas Peruanas
de Estructuras, además para el muro de albañilería portante en el acápite E3 de la Norma E-070 Albañilería da las siguientes disposiciones: e.1) Las disposiciones de este acápite se aplican a albañilería confinada armada y no reforzada. e.2) Los muros portantes podrán ser de unidades solidas o huecas asentadas con mortero P1 o P2 con cal o sin cal. e.3) El espesor mínimo de los muros portantes será: * Para muros de albañilería reforzada t=h/26 * Para muros de albañilería no reforzada t=h/20 en la que t es el espesor efectivo del muro y h es la altura efectiva. e.4) Los muros portantes serán diseñados para las siguiente acciones y combinaciones de acciones. 1. Carga Vertical axial 2. Carga Vertical axial actuando conjuntamente con fuerzas transversales al plano del muro y con los momentos originados por excentricidades de la carga vertical. 3. Carga Vertical axial actuando conjuntamente con momentos de volteo en el plano del muro. 4. Fuerzas cortantes en el plano del muro. e.5) Para los casos de flexo-compresión (casos e.4:2 y e.4:3) la compresión combinada de la carga vertical y el momento será tal que: fa + fm --Fa
----
≤ 1
Fm
En la que: fa = Es el esfuerzo resultante de la carga vertical axial Fa = Es el esfuerzo admisible para carga axial fm = Es el esfuerzo resultante del momento Fm = Es el esfuerzo admisible para compresión por flexión
51
e.6) En el caso de fuerza cortante el esfuerzo actuante se obtendrá de la expresión: V v = -------Lt En la que: V= Fuerza cortante en el muro L=Largo del muro T=Espesor efectivo del muro. Adicionalmente a estas características es necesario acotar un requisito planteado por Ángel San Bartolomé. “Aunque este punto no esta contemplado por la Norma E-070debe señalarse que los múltiples ensayos realizados sobre muros confinados indican que, cuando ellos están sujetos a una elevada carga vertical(definida como un esfuerzo axial que excede el 5%de la resistencia a compresión de las pilas de albañilería G> 0.05 f’m),tienen un mal comportamiento sísmico, disminuyendo drásticamente su ductibilidad. Para evitar este problema, debe adicionarse una cuantía mínima de refuerzo horizontal(0.001) el cual debe ser continuo y anclado en las columnas con ganchos verticales. El doblez de estos ganchos debe ser vertical, en previsión de fallas por anclaje que podrían generarse cuando se formen fisuras horizontales de tracción por flexión en las columnas. Sin embargo aun existiendo ese refuerzo horizontal, el esfuerzo axial actuante no debe exceder de 0.15 f’m. C.- ARRIOSTRES Los arriostres son elementos verticales y horizontales de refuerzo, que cumplen la función de proveer estabilidad y resistencia a los muros portantes y no portantes para cargas perpendiculares al plano del muro. El diseño se realizara como apoyos del muro arriostrado, considerado este como losa y sujetos a fuerzas horizontales perpendiculares a él. Un muro se considera arriostrado:
Cuando exista suficiente adherencia, amarre y/o anclaje entre los muros y sus arriostres que garanticen la adecuada transferencia de esfuerzos.
Cuando los arriostres tengan la resistencia, estabilidad y anclaje adecuados para transmitir las fuerzas actuantes a elementos estructurales adyacentes al suelo.
52
Cuando empleándose los techos para su estabilidad lateral, se tomen precauciones para que fuerzas laterales que actúen en estos techos sean transferidas adecuadamente al suelo.
Los arriostramientos horizontales son elementos de apoyo de la losa y se encuentran sujetas a las cargas que le transmite la losa, así como las cargas que directamente actúan sobre ella, tales como su peso propio, peso de tabiques, parapetos, etc. Los arriostramientos deberán cumplir con la Norma, en lo referente a la resistencia que limita a un mínimo de f’c=175kg/cm 2 y el elemento de refuerzo para los confinamientos son de ¼” de diámetro y no deberá ser trefilado. Para la evaluación se usa esclerómetro que tiene aceptación en la Norma ACI 318-99 como prueba referencial, se toma como base de obtención y evaluación de resultados el manual del instrumento, además se concatena los datos con otras experiencias para poder dar valor a los datos obtenidos. 5. HIPOTESIS: Las deficiencias en las estructuras de los muros se deben fundamentalmente a los siguientes casos:
Por el tipo de suelo donde se realiza la construcción de la vivienda.
Por el uso de materiales de construcción de mala calidad.
Por la falta de mano de obra calificada para la adecuada construcción de las viviendas
6. OBJETIVOS: General: Evaluar las deficiencias de la albañilería confinada de las viviendas en la urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho. Específicos:
Adecuar el uso de albañilería confinada con las propiedades mecánicas de los materiales producidos y propios de la zona.
Identificar las viviendas que presentas deficiencias.
Realizar un análisis por el método estático de los muros con albañilería confinada de las viviendas.
Determinar y evaluar los deterioros de las viviendas por efectos fisicoquímicos o mecánicos.
Elaborar una propuesta de diseño estructural de muros que eviten deficiencias de las viviendas.
53
7. METODLOGIA DE TRABAJO: 7.1 Tipo y Diseño de Investigación: Básica y Descriptiva, siendo el diseño de investigación NO EXPERIMENTAL TRASVERSAL de campo. 7.2 Población y Muestra Para determinar la población como muestra del trabajo a realizar, se analizó en función de la densidad y representatividad de los datos obtenidos, inicialmente el enmarcado fue específicamente la ciudad de Ayacucho pero en el proceso de maduración técnico científica, se debió limitar a los márgenes estadísticos y probabilísticos de la información obtenida e información existente, a los límites aceptables en porcentaje de confiabilidad, siendo representativa la muestra para la zona de estudio. Bajo este referente se determinó un área de mayor densidad constructiva en albañilería o con elementos de albañilería y características distintas que representen un marco de análisis, concluyendo con la realización de trabajos en la Urbanización Maravillas – Primer Sector. Obtenida la población a analizar determinamos las dimensiones de la muestra, mediante un balance de la cantidad de propiedades en la Urbanización Maravillas – Primer Sector y niveles edificados, este dato nos sirve como base para obtener el número de viviendas a analizar en función de un coeficiente de confiabilidad de datos obtenidos. ESTO DEBE SER MÁS DIRECTO POBLACION ESTA CONSIDERADO POR LAS VIVIENDAS DE LA URBANIZACIÓN MARAVILLAS – PRIMER SECTOR, QUE PRESENTEN DEFICIENCIAS EN …. MUESTRA LA
MUESTRA
ESTARÁ
CONSTITUIDA
POR
UN
MUESTREO
NO
PROBABIISTICO DE SUJETOS VOLUNTARIOS (U OTRA CONSIDERACION QUE CREA CONVENIENTE)………….
7.3 Técnicas e Instrumentos de Investigación
ACA TAMBIEN ES DIRECTO LA TECNICA A UTILIZAR SERA LA OBSERVACIÓN
54
EL INTRUMENTO SERA UNA FICHA DE OBSERVACION ,,,,,,, Para proceder a la evaluaci ón se recurrirá a métodos estadísticos y comparativos por la amplitud del tema, específicamente los datos a tomar son trabajos de investigación puntuales para cada tipo de material mediante los cuales se ha determinado ya repetidamente las características de los diversos componentes de la albañilería y para la confiabilidad de los datos, se contrasta con pesquisa de obtención propia en los Laboratorios de Fisicoquímica de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga y el Laboratorio de Mecánica de Suelos del Proyecto Especial Rio Cachi, siendo esto necesario por la amplitud de información existente, no quitándole el carácter investigativo al presente por adicionar información de trabajos colaterales que le confieren un carácter de evaluación parcial indirecta. A raíz de ello no es necesario mayores detalles y en base al marco teórico podremos inferir con un buen nivel de certeza los resultados de la presente investigación. Método Estadístico Se obtiene los datos de campo y se procesa los resultados obteniendo la media aritmética, y la desviación estándar, luego de ello se procede a la comparación de las diferentes fuentes, así como la relación con los datos propios para poderlos tomar en cuenta.
8. PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE LA INFORMACION: Una vez determinada la muestra a evaluar se precede a realizar los márgenes de obtención de información así como la diagramación de cartillas de recolección de datos. Obteniendo datos experimentales con la revisión de calidades de agregados, agua y concretos, información de instalación de los diversos materiales y registros de datos sísmicos y estratigráficos puntuales de la zona de estudio.
SE PROCESARA CON EXCEL, …..
55
Análisis de la Información: LA INFORMACIÓN SE ANAILIZARAN CONSIDERANDO TABLAS, GRAFICOS, PORCENTAJES …… La ciudad de Ayacucho actualmente tiene como práctica común realizar edificaciones para viviendas e incluso infraestructura de salud, educación, oficinas y comercio, con albañilería, base de enfoque del presente trabajo, con el cual se trata de dilucidar realmente si en estas edificaciones los muros actúan como albañilería confinada y el nivel de participación en el comportamiento antisísmico de la estructura. Para propiamente realizar las acciones de recolección de datos es necesario circunscribir el área de trabajo, como marco general se ha tomado la ciudad de Ayacucho, donde encontramos 6,658 edificaciones con albañilería confinada de ladrillo o bloque de cemento (según datos oficiales del INEI – censo del año 2010), de acuerdo a ello y con una confiabilidad estadística del 5%, que daría márgenes confiables al presente trabajo, se tendría que evaluar 333 viviendas, por este motivo se circunscribe la información a una zona de área menor y considerable densidad de edificaciones, por ello la muestra de estudio es la Urbanización Maravillas, donde se evalúa con 10% de confiabilidad. Es muy importante anotar que esta evaluación zonificada es solo por confiabilidad estadística, debido a que los materiales evaluados se usan indistintamente en toda la ciudad y de las mismas fuentes, salvo en el enfoque de las condiciones de variabilidad tenemos la diversidad de formas edificadas y la aptitud resistente del terreno que son secundarios alno cumplir las edificaciones con los requerimientos básicos la albañilería confinada. La evaluación se realizara inicialmente con la observancia de los parámetros generales para edificaciones de esta conformación. Luego viene de los materiales en forma particular y finalmente los materiales como compuestos, todo esto en función del marco teórico establecido en el primer capítulo. Posteriormente se procede a idealizar un edificio típico en el cual se evalúa con los obtenidos para tener una idea de la aplicabilidad o competencia del sistema.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
56
57
58
59
8 INTRODUCCION La tesis se enmarca en la evaluación de estructuras para viviendas con albañilería confinada
tomando
como
referencia
básica
el
Reglamento
Nacional
de
Construcciones en lo aplicable, la Nueva Norma de Estructuras y bibliografía conexa al tema. Se ha concluido que las edificaciones principalmente para vivienda construidas en la ciudad de Ayacucho poseen características
de la albañilería confinada,
funcionando analíticamente como tal, pero que tendría un mejor nivel si se promueve la correcta utilización de datos técnicos que son limitados en la zona de influencia del estudio. Y se inicia la inmediata calificación del personal que participa en el proceso constructivo por los entes estatales y la difusión de los conocimientos por instituciones conexas al tema. Para demostrar la diferencia de datos característicos de la zona a estudiar – la ciudad de Ayacucho y que por necesidad estadística se plantea la Urbanización Maravillas sector I, con una recolección de datos al 10% de confiabilidad – y los datos genéricos planteados en el Reglamento Nacional de Construcciones se ha procedido básicamente a la evaluación en cuatro fases diseñadas en capítulos. CAPITULO I.- La etapa conceptual y en la que establece el marco teórico, detallando en tres etapas: Titulo I.- La etapa conceptual los marcos genéricos que debe cumplir la edificación en cimentación, forma, distribución de muros, diafragma horizontal, Instalaciones, acabado, volumen y altura. Título II.- La segunda etapa propiedades de los materiales en albañilería, donde se valora las características generales inherentes al proceso constructivo, como es la calidad, peso y resistencia de los componentes que son el ladrillo, agregado, agua y
60
eventualmente los aditivos. Título III.- Tercera fase que enmarca las propiedades de los componentes de la albañilería, en este punto se evalúa ya la cimentación, muros de albañilería, arriostres, diafragma. CAPITULO II.- Circunscripción del área de estudio, recolección de datos de campo referenciales en función del marco teórico. CAPITULO III.- Evaluación de datos obtenidos en función del marco teórico, comparación, confiabilidad y la optimización de acuerdo a estos nuevos resultados. Esto revisado analíticamente para el comportamiento mediante la modelación de un sistema constructivo, en el cual se trata de representar lo más característico en edificaciones de viviendas con sistema de albañilería confinada y el aporte en la solución adecuada de sistemas que actualmente se idealizan de manera distorsionada por la falta de difusión de datos existentes. Para ello la idealización que se aproxima más a la realidad es la que utiliza datos mediante evaluación e investigación de los referentes y finalmente se puede obtener resultados directos con la optimización en costos que es una de las bases técnicas que necesitan mayor atención. CAPITULO IV.- Finalmente se anota según todo el marco hallado las conclusiones y recomendaciones como aporte a la zona de influencia del presente trabajo, orientándonos con el presente trabajo obtener una mejor calidad de edificaciones a menor costo y lograr así aunque ligeramente, el mayor acceso de la población a la vivencia de calidad.
(NOTA: SEGÚN EL ESQUEMA Y LAS RECOMENDACIONES PARA EL INFORME NO ES RELEVANTE PONER EL CONTENIDO DE LOS CAPITULOS)
1.1 Antecedentes y Fundamentación Científica En la revisión de bibliografía sobre la existencia de trabajos similares no se encontró más que temas conexos que se desarrollaron en la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, específicamente en la facultad de Ingeniería Química y Metalurgia En la revisión de la Tesis de Ingeniería Química se encontró análisis de aguas en los componentes como son ácidos, álcalis, pH, sulfatos, cloruros y materia orgánica así como también se hallo trabajos sobre resistencias de ladrillos sus dimensiones, densidad de agregados la granulometría, resistencia a la abrasión, densidad etc. para diversas canteras.
61
Para antecedentes nacionales se tiene mayor número de tratados para el tema, desarrollado principalmente por los Ingenieros Civiles Héctor Gallegos Vargas, Carlos Casabone, Guillermo Icochea y Angel San Bartolomé, quienes incluyen antecedentes internacionales a sus trabajos y son básicamente los marcos teóricos que se plantean en el presente trabajo. Para las aceleraciones máximas del terreno en eventos dinámicos, se revisó el Estudio de Riesgo Sísmico realizado por HC ASOCIADOS S.R.L., realizado para el Proyecto Especial Rio Cachi, específicamente para la presa Cuchoquesera y la Mini Central Hidroeléctrica de Campanayocc en el año 2010. 1.2 Justificación de la Investigación: La participación de muros portantes en los
esfuerzos, mejorando las
características sismorresistentes de la estructura, al actuar la albañilería con el confinamiento de concreto armado en forma de ¨placas¨ estructurales. Otro aspecto a tomarse son las resistencias a los diferentes esfuerzos del concreto que se utiliza en la zona de circunscripción de la tesis, que teóricamente tiene un esfuerzo admisible y por la existencia de mano de obra no calificada, la no especificación de agregados recomendables y falta de difusión de los datos existente no se tiene los esfuerzos mínimos permisibles que exigen las Normas Peruanas de Estructuras, debiendo ser comprobada, analizada y recomendar las medidas necesarias para eliminar esta limitación. Deficiencia en la difusión de conocimientos e inexistente análisis global del problema, por ello se plantea como base o fin principal la mejor aplicación de las características técnicas y constructivas de las edificaciones en albañilería confinada de Ayacucho, las cuales deben reflejar beneficios principalmente económicos y de seguridad en la población a la que se circunscribe el presente proyecto. La poca difusión en nuestro medio de las bondades de este método (Albañilería Confinada) en la industria de la construcción. Los agregados que se usan para el concreto son de diferentes características, en la actualidad ya se cuenta con buena cantidad de datos de este parámetro, que se puede enriquecer con la obtención de datos postcolocación mediante el uso del esclerómetro. Espesor de columnas que en realidad se toma el ancho del muro o ladrillo y que no excede a los 2 cm. como promedio y que en los análisis se considera columnas de 0.25cm x 0.25cm. Se estructura edificaciones pequeñas con elementos que analíticamente se
62
ha determinado como suficiente y necesaria. 1.3 Problema - ¿Cuáles son las deficiencias de las Estructuras de los muros de las Viviendas en la Urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho? 8.2 Marco Referencial: 8.2.A Definición de Términos (NOTA: LEJOS DE SER UN DICCIONARIO, ESTAS DEFINICIONES DEBEN SER DIRECTAMENTE DIRIGIDAS A LA VARIABLE: DEFICIENCIAS DE LAS ESTRUCTURAS DE LOS MUROS DE LAS VIVIENDAS) (NO OLVIDARSE QUE A PARTE DE LAS DEFINICIONES CONCEPTUALES ES IMPORTE EL ASPECTO TEORICO:
TEORIAS,
MODELOS,
PARADIGMAS,
ENFOQUES
METODOLOGIA. CONCERNIENTE A ESTE TEMA DE INVESTIGACION) Evaluación Estructural.- Analizar y determinar las deficiencias o fallas de la que tuviera una estructura de una vivienda. Muro arriostrado.- Muro en la cual se ha introducido elementos de arriostre. Muro confinado.- Muro que esta enmarcado por elementos de refuerzo en sus cuatros lados. Muro de arriostre.- Muro portante transversal al muro al que provee estabilidad y resistencia lateral. Muro perimetral de cierre.- Muro portante o tabique que integra la superficie que encierra los volúmenes de la edificación. Muro portante.- Muro diseñado y construido en forma tal que pueda transmitir cargas horizontales y/o verticales de un nivel inferior y/o a la cimentación. Muro no portante.- Muro diseñado y construido en forma tal que solo lleva cargas provenientes de su peso propio. Son los parapetos, tabiques y cercos. Parapeto.-
Muro perimetral de patio de piso superior o azotea que no esta arriostrado por techo en su parte superior.
Unidad de albañilería.- Ladrillo de arcilla, bloque o ladrillo silito calcáreo y bloque de concreto. La unidad de albañilería puede ser sólida hueca o tubular. Albañilería.- Material estructural conformados por unidades de albañilería (ladrillo) de características definidas asentadas con morteros especificados.
Y
63
Albañilería Confinada.- Albañilería reforzada con confinamientos horizontales y Verticales. Albañilería Reforzada.- Albañilería armada o confinada con el propósito de proveerle alguna ductilidad. Altura efectiva (h).- Para muros arriostrados que en su parte superior es la distancia libre vertical, entre elementos de arriostre. Para muros no arriostrados en su parte superior es el doble de su altura. Arriostre.-
Elemento de refuerzo horizontal o vertical o muro de arriostre, que cumple la función de proveer de estabilidad y resistencia a muros portantes y no portantes para cargas perpendiculares al plano del muro.
Borde libre.- Extremo, horizontal o vertical, no arriostrado de un muro. Columna.-
Elemento de concreto armado diseñado y construido con el propósito de transmitir cargas horizontales y/o verticales a la cimentación. La columna puede ser simultáneamente arriostre y/o confinamiento.
Confinamiento.- Conjunto de elementos de refuerzo, horizontales y verticales cuya función es la de proveer ductilidad a un muro portante. Construcciones de Albañilería.- Edificaciones construidas predominantemente por muros portantes de albañilería. Elemento de Refuerzo.- Arriostre o elemento de confinamiento de concreto armado. Espesor efectivo (t).- Es igual al espesor real del muro sin considerar tarrajeos u otros acabados y descontando la profundidad de bruñas u otras indentaciones. Largo efectivo.- Distancia horizontal entre elementos de arriostre verticales o entre un elemento de arriostre y el borde libre. Mortero.-
Adhesivo empleado para pegar unidades de albañilería.
1.4.2 Bases Teóricas Parte importante del desarrollo de la albañilería estructural es progresar hacia sistemas estructurales constructivos que optimicen el uso del muro, que confieran a la edificación competencia sísmica intrínseca y que minimicen el costo. La estructura de los edificios de albañilería está compuesto de muros de albañilería ubicadas en las direcciones ortogonales principales de la edificación unidos por los entrepisos y el techo de concreto armado. En este sistema estructural la acción sísmica, representada por fuerzas laterales derivados de la cortante basal aplicada en cada entrepiso y en el techo es resistida por un mecanismo de muros de corte conectados por diafragmas indeformables, capaces de repartir dichas fuerzas
64
laterales en proporción a las rigideces relativas a los muros.
Titulo I.- CONCEPTUALIZACION DEL PROYECTO EN ALBAÑILERIA Ciertas condiciones básicas deben de cumplirse para asegurarse el buen comportamiento sismo resistente y la economía de estas edificaciones
de
albañilería a nivel de concepción estructural, como etapa primera del diseño, que deberá culminar luego con el cálculo de dimensiones resistentes y áreas de acero de refuerzo. Se entiende que mediante la concepción estructural se decide las principales características de la estructura: su forma, la ubicación y distribución de los elementos resistentes, las características de los diafragmas rígidos y el detallado básico que es una etapa creativa que reclama la participación conjunta del arquitecto y del ingeniero, ya que se definirá no solamente la integración de función y resistencia estructural, sino la competencia sísmica básica y también la bondad económica. Los siguientes aspectos deben ser analizados y definidos en esta etapa conceptual: a).- Cimentación.- Las estructuras de albañilería son frágiles y los asentamientos diferenciales tienden a ocasionar rajaduras en los muros que pueden debilitar seriamente la edificación. Consecuentemente la cimentación debe proveer la suficiente rigidez y, al mismo tiempo, asegurar como primer diafragma que la estructura funcione como un todo ante acciones sísmicas. Si bien en terrenos rígidos estos requisitos pueden ser satisfechos por cimientos corridos o vigas de cimentación en las que se ha demostrado que la utilización de la platea de cimentación
(indispensable
en
terrenos
blandos),
cuando
se
escoge
cuidadosamente su nivel, es una solución económica dependiendo de los niveles a construir. b).- Forma.- La forma del edificio, es decir su aspecto volumétrico debe poseer simetría, continuidad, robustez y competencia torsional. Se debe evitar edificios en forma irregular (Ver figura 001), en caso necesario se debe subdividir el edificio en formas regulares que puedan responder independientemente. c).- Distribución de muros.- El ideal es que la cantidad de muros sea igual en las direcciones principales de la edificación y, adicionalmente que los muros, todos ellos sean del mismo largo, estas exigencias son imposibles de cumplir en la práctica, pero debe tenderse hacia ellas. De otro lado su ubicación en planta debe buscar simetría de distribución con el propósito de minimizar la distancia entre el centro de masa y el centro de rigidez, ya que es indudable que los fenómenos de torsión tiene una mayor importancia de la que se les ha adjudicado hasta ahora. En elevación se debe minimizar los cambios bruscos de resistencia o de rigidez,
65
tales como huecos grandes y vanos en ubicaciones diferentes de piso a piso. d).- Diafragma horizontal.- Ante acciones sísmicas los diafragmas actúan como vigas horizontales de gran peralte y deben amarrar al conjunto de muros y distribuir las fuerzas laterales a los mismos en función de su rigidez relativa. Para lo cual debe poseer los atributos de simetría, continuidad, robustez y competencia torsional. Para lograr el comportamiento adecuado de los diafragmas es necesario que las aberturas inevitables (por ejemplo para la circulación vertical) se ubiquen de modo tal que no desmejoren sensiblemente dichos atributos básicos. El material usual para la construcción de entrepisos y techo es el concreto armado el que puede satisfacer, en principio y sin detallado especial, los requisitos de un diafragma rígido. Sin embargo entre los entrepisos y techo de concreto armado debe distinguirse entre la losa unidireccional (nervada o aligerada) y la losa bidireccional
(maciza),
entre
ambas
es
preferible
la
potencialmente un mejor diafragma horizontal y porque
maciza
porque
es
transmite carga de
gravedad a todos los muros de albañilería, dándoles una pre compresión útil para resistir las tracciones que originaran las fuerzas sísmicas. e).- Detallado.- La albañilería es muy sensitiva a un tratamiento de su detallado que se condiga con la función estructural, debe analizarse la ubicación y tamaño de los vanos, las características de los alfeizeres y de los dinteles. Los vanos deben ser ubicados uno sobre otro y su ubicación en planta debe respetar el principio uniformizar los largos de los muros. Los muros de largo reducido son inútiles sísmicamente y son además de difícil construcción. Los vanos que se desplazan de un lugar a otro en elevación concentran esfuerzos e impiden el correcto funcionamiento de los muros de corte. Los alfeizeres deben ser separados de los muros ya que , en caso contrario contribuyen a la rigidez pero no a la resistencia de los muros de corte, creando severas concentraciones de esfuerzo. Los dinteles constituyen un obstáculo constructivo y salvo que se conviertan en soleras corridas, como parte del diafragma horizontal a lo largo de todos los muros, tienden a causar concentraciones de esfuerzos, la mejor práctica es no colocar dinteles y llevar los vanos de las ventanas y las puertas de piso a techo es decir hasta el fondo de las losas del diafragma horizontal. f). Instalaciones.- Es importante pensar en la ubicación y recorrido de las instalaciones sanitarias y eléctricas en el periodo conceptual de diseño hasta un 20% se podrá alojar en el muro. En cualquier caso la colocación de los tubos se realiza en cavidades dejadas en el proceso de construcción de la albañilería que luego se rellenara con concreto.
66
Las instalaciones eléctricas de pequeño diámetro pueden colocarse en los muros para el recorrido vertical, con este propósito deberán pre instalarse en destajes verticales de la albañilería o en los alveolos de la unidad de albañilería .Los recorridos horizontales pueden realizarse libremente dentro de las losas que constituyen los entrepisos. Las instalaciones sanitarias, por sus diámetros relativamente grandes y porque deben ser registrables, no deben ser alojadas dentro de los muros ni dentro de los entrepisos. Las instalaciones sanitarias verticales deben alojarse en ductos. Las horizontales deben colocarse encima o debajo del diafragma horizontal en el primer caso alojadas dentro del contrapiso falso y en el segundo ocultas de la vista por un falso cielo. g) Acabado.- Deben de ser decididos también en la etapa conceptual, Si se utiliza unidades de albañilería de buena calidad, entrepisos y techo de losas macizas de concreto armado, en conjunto con una adecuada practica constructiva, los acabados pueden minimizarse, bastando usualmente pintura. Debe tenerse en cuenta que los enlucidos y contrapisos añaden masa sin añadir resistencia y al ser evitados permiten ahorros importantes de dinero. 1.5 Hipótesis Las deficiencias en las estructuras de los muros se deben fundamentalmente a los siguientes casos:
Por el tipo de suelo donde se realiza la construcción de la vivienda.
Por el uso de materiales de construcción de mala calidad.
Por la falta de mano de obra calificada para la adecuada construcción de las viviendas
1.6 Objetivos: General: Evaluar los factores asociados a las deficiencias de la albañilería confinada de las viviendas en la urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho. Evaluar las deficiencias de la albañilería confinada de las viviendas en la urbanización Maravillas – Huamanga – Ayacucho. Específicos:
Adecuar el uso de albañilería confinada con las propiedades mecánicas de los materiales producidos y propios de la zona.
Identificar las viviendas que presentas deficiencias.
Realizar un análisis por el método estático de los muros con
67
albañilería confinada de las viviendas.
Determinar y evaluar los deterioros de las viviendas que puede sufrir ya sea por efectos fisicoquímicos o mecánicos como puede ser: corrosión del acero, ataque químico del concreto por agentes contaminantes
como
sales
o
sulfatos,
desprendimiento
de
materiales, etc.
Determinar y evaluar los deterioros de las viviendas por efectos fisicoquímicos o mecánicos.
Aproximar más a la realidad los diseños de las edificaciones, que es de amplio uso en todas las poblaciones y que se proyecta aportar en la zona de Ayacucho.
Elaborar una propuesta de diseño estructural de muros que eviten deficiencias de las viviendas.
II.- MATERIALES Y METODOS NOTA: EN ESTA PARTE DEBE DE IR LO SIGUIENTE: 2.1. TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACION 2.2. POBLACION Y MUESTRA 2.3. TECNICA E INSTRUMENTO 2.4. RECOLECCION, PROCESO Y ANALISIS DE LOS DATOS
2.1 Materiales a usarse Para evaluaciones de datos en forma práctica, tenemos de acuerdo al elemento constructivo los siguientes: Ladrillo *Balanza mecánica *Herramientas de albañilería *Compresión axial Agregados
68
*Cuarteador *Charola o envase metálico *Tamices o cedazos *Brocha *Balanza electrónica *Horno de secado Concreto *Esclerómetro Tipo L *Piedra de lijar o pulir *Brochas *Balanza de tres escalas AGUA *pHimetro IMATEC (pHmeter CG818) *Solución Buffer para calibrar el pH *Agua destilada 2.2 Método Para proceder a la evaluación se recurrirá a métodos estadísticos y comparativos por la amplitud del tema, específicamente los datos a tomar son trabajos de investigación puntuales para cada tipo de material mediante los cuales se ha determinado ya repetidamente las características de los diversos componentes de la albañilería y para la confiabilidad de los datos, se contrasta con pesquisa de obtención propia en los Laboratorios de Fisicoquímica de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga y el Laboratorio de Mecánica de Suelos del Proyecto Especial Rio Cachi, siendo esto necesario por la amplitud de información existente, no quitándole el carácter investigativo al presente por adicionar información de trabajos colaterales que le confieren un carácter de evaluación parcial indirecta. A raíz de ello no es necesario mayores detalles y en base al marco teórico podremos inferir con un buen nivel de certeza los resultados de la presente investigación. 2.2.1.- Método Estadístico Se obtiene los datos de campo y se procesa los resultados obteniendo la media aritmética, y la desviación estándar, luego de ello se procede a la comparación de las diferentes fuentes, así como la relación con los datos propios para poderlos tomar en cuenta. 2.2.2.- Zonificación Geotécnica
69
La ciudad de Ayacucho no cuenta con una zonificación geotécnica por ello se recurre como marco de análisis de datos, a información obtenidas mediante la calicata del INFES para determinar la capacidad de carga Admisible del Centro Educativo Primario Nº 38018 – Maravillas y por haber relación con lo observado, de los estratos en los referidos terrenos. 2.3.
Población y Muestra
2.3.1 Determinación de la población a analizar Para determinar la población como muestra del trabajo a realizar, se analizó en función de la densidad y representatividad de los datos obtenidos, inicialmente el enmarcado fue específicamente la ciudad de Ayacucho pero en el proceso de maduración técnico científica, se debió limitar a los márgenes estadísticos y probabilísticos de la información obtenida e información existente, a los límites aceptables en porcentaje de confiabilidad, siendo representativa la muestra para la zona de estudio. Bajo este referente se determinó un área de mayor densidad constructiva en albañilería o con elementos de albañilería y características distintas que representen un marco de análisis, concluyendo con la realización de trabajos en la Urbanización Maravillas – Primer Sector. Obtenida la población a analizar determinamos las dimensiones de la muestra, mediante un balance de la cantidad de propiedades en la Urbanización Maravillas – Primer Sector y niveles edificados, este dato nos sirve como base para obtener el número de viviendas a analizar en función de un coeficiente de confiabilidad de datos obtenidos. 2.3.2 Volumen de muestra La zona en análisis cuenta con una división catastral de 16 manzanas (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, y P) y 204 propiedades, aunque existe subdivisiones según datos de COFOPRI en algunas propiedades, pero para efectos del presente trabajo, solo se tomara como referente el lote matriz. Para la evaluación de los materiales se toma datos existentes en trabajos de tesis anteriores, realizando una comparación y de ello se obtiene la confiabilidad de los datos. Las muestras obtenidas se circunscriben a un tiempo dado y que va tener variabilidad en el tiempo pero que ello no desvirtúa su marco general como material, por ser cantera de una cuenca definida. Cuadro No 01 Edificación Según Niveles Urb. Maravillas Primer Sector
70
Sin construcción
23
Un Nivel
58
Dos Niveles
94
Tres Niveles
27
Cuatro Niveles Total Propiedades
2 204
2.4 Datos de campo procesados Una vez determinada la muestra a evaluar se precede a realizar los márgenes de obtención de información así como la diagramación de cartillas de recolección de datos. Obteniendo datos experimentales con la revisión de calidades de agregados, agua y concretos, información de instalación de los diversos materiales y registros de datos sísmicos y estratigráficos puntuales de la zona de estudio, a continuación se expone los datos en el mismo orden de propiedades y características que deben cumplir los elementos de albañilería expuestos en el marco teórico conceptual. EVALUACION DE LAS EDIFICACIONES La ciudad de Ayacucho actualmente tiene como práctica común realizar edificaciones para viviendas e incluso infraestructura de salud, educación, oficinas y comercio, con albañilería, base de enfoque del presente trabajo, con el cual se trata de dilucidar realmente si en estas edificaciones los muros actúan como albañilería confinada y el nivel de participación en el comportamiento antisísmico de la estructura. Para propiamente realizar las acciones de recolección de datos es necesario circunscribir el área de trabajo, como marco general se ha tomado la ciudad de Ayacucho, donde encontramos 6,658 edificaciones con albañilería confinada de ladrillo o bloque de cemento (según datos oficiales del INEI – censo del año 2008), de acuerdo a ello y con una confiabilidad estadística del 5%, que daría márgenes confiables al presente trabajo, se tendría que evaluar 333 viviendas, por este motivo se circunscribe la información a una zona de área menor y considerable densidad de edificaciones, por ello la muestra de estudio es la Urbanización Maravillas, donde se evalúa con 10% de confiabilidad. Es muy importante anotar que esta evaluación zonificada es solo por confiabilidad estadística, debido a que los materiales evaluados se usan indistintamente en toda la ciudad y de las mismas fuentes, salvo en el enfoque de las condiciones de variabilidad tenemos la diversidad de formas edificadas y
71
la aptitud resistente del terreno que son secundarios alno cumplir las edificaciones con los requerimientos básicos la albañilería confinada. La evaluación se realizara inicialmente con la observancia de los parámetros generales para edificaciones de esta conformación. Luego viene de los materiales en forma particular y finalmente los materiales como compuestos, todo esto en función del marco teórico establecido en el primer capítulo. Posteriormente se procede a idealizar un edificio típico en el cual se evalúa con los obtenidos para tener una idea de la aplicabilidad o competencia del sistema. EVALUACION DE PARAMETROS GENERALES a).- Cimentación Prioritariamente la cimentación es de un ancho de 0.50m de ancho y 0.80m de profundidad, de acuerdo a la experiencia práctica, con excesivo porcentaje de piedra desplazadora, en el sobrecimiento la calidad del concreto es baja, lo cual es fácilmente detectable a la vista por la destrucción de la misma. b).- Forma Básicamente en la zona de estudio, por lo general, tenemos edificaciones con frontis libres, patio trasero y muros hacia los colindantes, las construcciones mas frecuentes son la de dos y tres niveles. Existencia de mayor nivel de confinamiento en el sentido transversal al frontis. Sus formas básicamente son rectangulares, son homogéneos en los dos primeros niveles y desconfigurado con la construcción de habitaciones de servicio y depósitos en la azotea, lo cual altera drásticamente la forma e incluso se puede notar que los primeros son usados para salas grandes y en esquinas de manzanas como locales comerciales, considerando a estas formas como piso “blando”. c).- Distribución de muros Las edificaciones más antiguas tienen la posibilidad de cumplir con la exigencia porcentual de muros en cada sentido por la pequeña cantidad de vanos en las edificaciones, conforme es más reciente los vanos tienden a ser más grande y la edificación pierde densidad de muros principalmente hacia los frontis del área construida. Se puede notar un fenómeno muy frecuente, que la mayoría tiende a ocupar más espacio, realizando volados y sobre los cuales edifican los sectores de uso, conforme es mayor la altura los volados son más grandes lo que producen algunos caos fisuras por falta de peralte del voladizo (deflexiones). Quedando el eje de columna sin muros, lo cual es un riesgo para la estructura por perder su
72
condición de albañilería confinada con muros portantes en ambos sentidos. d).- Diafragma horizontal Las edificaciones antiguas tienen en el aligerado bloquetas de cemento, en las losas recientes podemos apreciar bloquetas o ladrillos de arcilla de fabricación industrial, otorgando menor peso a la losa y mejores acabados también con menores pesos. El espesor más frecuente es el de 0.20m, con ladrillo de 0.15m de espesor lo cual da un peralte que no tiene riesgo de deflexiones, pero las deficiencias constructivas son la inadecuada fijación del acero, la inadecuada separación del acero de temperatura de los ladrillos. e).- Detallado No se puede observar vanos en el mismo eje o con dimensiones parecidas, incluso alturas diferentes de uno a otro, lo cual da una participación negativa de estos elementos en la estructura. Los alfeizeres no son separados adecuadamente, ello conlleva a un inadecuado comportamiento de este elemento al igual que los dinteles que son macisos como vigas y van sobre los vanos, este al igual que el anterior le da un comportamiento deficiente. f).- Instalaciones Las instalaciones de agua, desagüe, desagüe pluvial y eléctrica son deficientes, encontrando prácticas frecuentes en las edificaciones de todo lo prohibido para albañilería confinada. Por ejemplo para las instalaciones eléctricas, se debe crear separaciones o alveolos por donde recorra la instalación, en forma o dirección vertical u horizontal, evitando ángulos de cualquier grado y picado del muro, porque ellos atentan contra la resistencia del muro como estructura. En las instalaciones de energía se incluye de comunicaciones. El caso critico se presentan en las instalaciones sanitarias donde las bajadas de desagüe atraviesan los muros, ocupando hasta el 48%, excediendo largamente el consentido por la norma, esto motiva la no participación del muro confinado. En losas aligeradas frecuentemente se realiza la distribución
de las
instalaciones sanitarias y encontrando que la colocación de las viguetas se ven seriamente afectadas, por ello es necesario realizar la colocación de concreto en toda el área donde se realiza la distribución de red de desagüe para que el sistema pueda comportarse como losa armada y para el caso de muros es necesario la colocación de columnetas adosadas a las columnas, ello
73
independizara la red y no afectara incluso a las vigas y diagrama. g).- Acabado Los acabados frecuentes son de pisos pulidos, existiendo casos de pisos antiguos de loseta o venecianas con un espesor de 5.0cm a 7.0 cm de concreto incluido el contrapiso, los más recientes son de cerámica vitrificada que con contrapiso tienen un espesor promedio de 3.0 cm esto permite concluir que los pisos antiguos son mucho más pesados. En muros el fenómeno es igual, lo recomendable es que las edificaciones sean revestidas a causa de la variabilidad dimensional de los ladrillos obteniendo espesores de revestidos de 1.5 cm a 3.0cm, esto hace más pesado al muro y contrariamente no le mejora o agrega ninguna ventaja estructural a la edificación. h).- Volumen Existe homogeneidad en los dos primeros pisos pero en los terceros o azoteas cambia bruscamente porque se les incluye pequeñas habitaciones para depósitos o cuartos de servicio lo cual le da una mala característica volumétrica a la estructura. i).- Altura En edificaciones para albañilería confinada se puede considerar hasta seis niveles como altura máxima, pero debe ser revisado en función al tipo de ladrillo, esbeltez de las edificaciones, robustez y la distribución de muros y uso. Al analizar estas características determinaremos la altura para el proyecto de construcción. Las edificaciones de acuerdo a la evaluación general de altura de edificaciones (Grafico No 01) no son mayores de 9.0m (tres niveles) y 12 m(cuatro niveles). Otro de los puntos críticos es la pendiente propia del terreno lo cual conlleva a diferentes alturas de edificaciones y que en un caso eventual de un evento sísmico podrían actuar las columnas como “columnas cortas” al impacto producido debajo de la losa por diferencia de altura, aunque Ángel San Bartolomé plantea que mientras las edificaciones contiguas posean una homogeneidad constructiva. Todas las edificaciones trabajan en forma global, compartiendo resistencias. Adicionalmente se evalúa Cargas En este tema existen datos discrepantes al parámetro del Reglamento Nacional de Construcciones cumpliendo uno de los objetivos el de evaluar las cargas de los materiales de la zona.
74
El primero es el concreto del que se encontró, de acuerdo a toda la bibliografía existente, que los pesos normales del agregado se hallan entre los 1500kg/cm3 a 1700kg/cm3 con los cuales se obtienen concretos con pesos de 2200 kg/cm3 a 2400kg/cm3.
.
