Adobe-diseño sismico

5/8/2018 Adobe-diseño sismico - slidepdf.com

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DISENO SISMICO

DE CONSTRUCCIONES

DE ADOBEAiJtores: ,Ing. Roberto Morales ,~.

Dr. Ricardo Yamashiro K.

Ing. Alejandro Sanchez O.

Dr. Rafael Torres C.

Ing. Carlos Irala C.

Ing. Oswaldo Morales M.

Arq. Luis Rengifo Z.



INVESTIGACION EXPERIMENTAL DE

CONSTRUCCIONES DE ADOBE

Y BLOQUE ESTABILIZADO

Ing. Roberto Morales Morales

Dr. Ricardo Yamashiro KamimotoIng. Alejandro Sanchez Olano



INTAODUCCION

La gran actrvidad sismica de nuestro territono ha cobrado siempre sus mayores vtcnmas en las

construcciones de adobe. SegLin Kurorwa, Deza y Jasn (1)' en ellerremoto del31 de Mayo de 1970

N•• Mas del 90 por oento de los edificios danados eran de adobe y su colapso cause mas de .:10.000

muertes". Por otro lado. sin embargo, algunas eonstrucciones de adobe resisneron sorprendentemente,los embates del SISmo. "...En Coishco. a 40 kilometros del epicentro y sobre terreno rocoso, el dano

fus minimo 'I muchas de las construcciones de adobe sobrevivieron v estan naouacas".

Debe aceptarse. entonees, que existen ciertas condiciones bajo las cuales este upo de

construccion puede ofrecer un comportamiento "saustactonc" ante sismos severos.

Lo que constltuye un comportarmsnto "satistactorio" ante stsrnos. esta adecuadamente resumido

en una de las tuosonas en boga en la ingenieria antislsrruca. Segun Fintel {2), los objetivos ImphcilOS

en la mayoria de las norm as de diset'lo antlstsrruco son que ia estructura sea capaz de:

1 restsnr sismos Sin danos,2. resistlr sismos moderados con algunos canes estructurales leves y con danos no

estructurales moderados.

3. resistir sismos catastrotlcos sin cotapsar.

Por colapso se enliende (2) .... aquet estado que no permite que los ocupantes salgan del

edificio debido a ta faUa de la estructura primaria".

En el presente trabajo se trata de sintetizar ta informacion drsponible score construcciones de

adobe en formas de normas de diseflo que permitan proyectar can este rnatenat, saustaclendo los

objetivos expuestos. en la rnejor forma posible.

Se estudiO, prtrnerarnente, el comportamiento sisrruco de las construcciones de adobe con

entasls principal en ta deteccicn de los mecanismos de taua, 1 0 que perrnitio tdennticar los tipos de

esfuerzos que era necesario estudrar prtncipalmente. Se estudi6 luego, e.xpenmentalmente, algunas de

las propiedades rnecanicas de la albanileria de adobe -especialmente su resistencia- bajo diferentes

soncnacrones. A continuaci6n, en base a estos estudios se estaorec.o los esluerzos adrnlsrbles para

el diseflo

Finalmente, usando mtorrnacion de diversas fuentes y calculos acncionares prepare una

propuesta de normas para el drseno de estas construccones

COMPORTAMIENTO SISMICO DE CONSTRUCCIONES DE ADOBE

Las fallas en las construcciones de adobe pueden atnburrsa, pnncipalmente, a su poca

resistencia en traccion y reducida acherencra entre el adobe y el mortero . Los upos pnncipales de lalla,

que a menudo se preseman combinadas, son los slguientes

1. Falla POr trace.on en los encuentros de muros.- En la flgura 1 se uustra este tlPOde

falla. que se debe principalmeme a esfuerzos de traccion directa que se produce en

uno de los rnurcs. al dar arrostre lateral a otros muros del encuentro Esta srtuaoon

se agrava cuanda a este efecto se superponen los estuerzos de fleXIon

2 Falla Dar 1Iexlon.- En la flgura 2, se uustra algunas de las vanarues de este tipo de lalla

que se debe a los esfuerzos de traccion por Ilexion al actuar el n'\uro como una losa.

apoyada en su base y en los elementos verticales que 1 0 arnoslran La lalla puede

ocurrir en secciones horrzontales verticates U obticuas



3 Falla par corte.- En la figura 3, se iluslra esta npo de raua, que se produce ruando el

muro trabaja como muro de COr1e Sa debe, principalmenle, a los esfuerzos

tangenciales en las juntas boozomares

En un trabajo experimental muy Ingenioso, Corazao y Blondel (5) encontraron npos defalla simiJares.

PROPIEDADES MECANICAS DE ALBANILERIA DE ADOBE Y BlOQUE

ESTABllIZADO

Del estudio de los rnecamsmos de ralfa de las ccnstruccrones de adobe se determin6 que fas

caracteristicas mecaocas que mas interesa conocer son.

t. ta resistencia en tracclcn,

2. fa resistencia en flexion.

3. ta resistencia aJcorte.

Ademas, a pesar de que no sa h a o bs erv ad o fallas par compresiOn. inleresa canocer laresistencia de la albal'iileria en compreslon. por ser esta una conveniente medida de la ealidad

estructural del rn ate na t, s ie no o ao ern as , mas fa el! de determmar que la s o tras res.stenoas Indicadas.

La reststencia de la albanileria de adobe se oeterrruno mediante especimenes a escala natural

y tarnolen mediante especimenes normalizados.

ESPECIMENES A ESCALA NATURAL

Resistencla en traccion.- En u n estudio experimental, Vera (6) encontro. como era de esperar.una bajislma resistencia en traccion, de fa albafiiferia de adobe, apenas 0.036 kglC",z, como

semuestra en la flgura 4. Para su apncacicn al diseno de muros reforzacos, se ensayo tarnoien

algunos encuentros de muros reforzados con cana Se encontr6 un orarnauco aumento en la

resislencia del encuentro, hasta de 14.7 veces la resistencia del especimen sin retorzar.

Reslstencia en flexion - Mororm (7) estudi6, experimentaimente. la res.stencra en flexion en un

plano honzontal de fa atoanuerra de adobe con y sin reflJerzo (Fig. 5) Nuevamente, fa

resistencia del muro sin reforzar resuno muy pequsna. rrusntras que can retuerzo se lIeg6 hasta

una reststencta 39 veces mayor cuando se usc mortero de barro con cemento, pera solo 4

veees mayor cuando se uso mortero de barro simple

Resistencia en corte.- Minchola (8), Guanilo (9) y Merino (10), estudiaron experimentalmente,

la reststencia de muros de corte de albamlerla de adobe con/sin refuerzo (Fig. 6). La resistencia

del muro Sin reforzar (especfmen W 1) fue de 0 123 kg/cm2 y la mas alta resistencra obtenida

fue 0268 kg/cm2, correspondisote al especirnen W 6, rstorzado en ambos bordes verticafes

y tambien horizcntannanra cada Ires hlladas Es digno de notar Que el mura sin refuerzo, con

juntas de barre con cemento, reslsno 0.236 kg;em2, es deck. mas que la mayoria de los muros

retorzados y cas. tanto como ef mas resistente. Debe descanarse. sin embargo, que la

capacidad de deformaci6n de los muros rerorzaoos fue signlficatlvamente mayo r que fa de losmuros sin refuerzo.

ESPECIMENES NORMALIZADOS

Generalidades.· los ensayos de modelos a escalanorrnal (6J (7) (8) perrruten determinarda

reslstencla a los oiversos t l POS de esiuerzos con cierto grado de confiabilidad. Par otro lado.

Slrl embargo. son extrernadarnerna morosos, reqweren personal retauvarneme especiahzado y

son, sobre todo, muy costosos estos Inconvaruentes se pueoen subsanar usando especimenes



y procedimientos de ensayo oisenados de modo de slrnplmcar, 10mas posible, el trabajo, con

un sacnficio aceptable en la ccntrabibdad de los rndlces de resistencra que asi se deterrrunen.

A continuaci6n se presenta los resultados de ensayos d e a lo ar ute na de b lo cu e e sta tn hz ad o

usando los especimenes de prueba propuestos par Mell y Reyes (11). Estos especimenes, que

son tacues de construir y ensayar, permiten oblener indices de resrstencia de la marnposterta

en compresi6n, corte y tracci6n diagonal. Correlacionancio est os indices con los resultados de

ensayos de muros a escala natural, sera oosibte en el futuro cuando se disponga de unvolumen sutlciente de informaciOn deterrrunar con mayor exactrtud las p rc o.e da ce s rn ec an ic as

necesanas para et disel'io

Especimen para el ensayo de compresion axial - Prooorciona un Indice de la resrstencia de un

muro a la acci6n de cargas verticales.

EI tipo de especirnen utihzado se muestra en la flgura 7 (a) Consiste en una plla de bloques

unidos por mortero. La relacion altura-espesor de las puas fue aproximadamente igual a 2. Con

el fin de asegurar una ap llcacion u ru to rr ne de estuerzos se procure que las caras extremas de

la pila fueran usas, planas y para/etas.

Esto se Iogr6 puliendo la cara inferior y enrasando la cara superior con una capa de yeso de

aproximadamente 3 mm. de espesor. Los ensayos se efectuaron en un marco metauco,

a ph ca no o ta carga mediante un gato r uo rauuco oe 30,0 00 Ibs. por incremento de 2000 Ibs. Para

cada incremento de carga se midio la de to rrnac lon axial mediante un de1orm6metro de dial. Los

ensayos se efectuaron a los 35 dias de fabncadas las pilas.

Espec.menes para el ensayo de corte dlrecto - Proporcionan un indice de Ia reslstenoa de

muros a cargas honzontales en su plano, cuando fallan en la junta de mortero que une los

bloques. Se trata de una lalla debida bas lcarnente a esfuerzos tangenciales.

EI tlPO de e sp ec nn en unllz ao o se rnuestra en ta figura 7 {b}. Ccnsiste en una pua de tres

bloques. EI intermedio esta cortado verticalmenle por la mitad. Estos medias bloques estan

Ilgeramente separados, con su junta vertical sm mortero

AI sphcar cargas en los medios bloques intermedios, se proouce una falla por esfuerzos

tanqencrales en cualquiera de las dos rru taoes Los ensayos sa efectu3J'l aphcando ademas

cargas de confinamiento en los bloques extremos, srrnutanoo de esta manera el est ado de

estuerzcs en un punta de un muro de albannerta Las cargas de c on tln ar nr en to a pu cada s fueron

de 1, 2 Y4 kg/cm2. Los ensayos se e tectuaron a los 35 dias de tabncacas las puas

Especimenes para el ensayo de comprBsion dlagonal.- Proporcionan un indlce de ta resistencia

de un mura a cargas horizontales en su plano, tanto para e t ca so en que ta tana se deba a

esfuerzos tangenciales en las Juntas como para el caso en que esta se deba a esfuerzos detracci6n, tanto para el caso en que ta lalla se deba a estuerzos tangenciales en las juntas como

para el caso en que esta se deba a estuerzos de tracciOn rn cjnaca e n los bloques.

El npo de especimen utilizado se muestra en la f lgura 7 (C). consists en una pita de tres

bloques Elmterrnedio esta formado par cos msdos bloques. Las pruebas se efectuaron en una

rnaqulna Universal Tiruus Olsen. de tal forma que la carga se aphcaba segun la direcclon de

una de las draqonares a traves de angulares cotocaoos en dos anstas opuestas y asentados

score una capa delgada de yeso Los ensayos 58 erectuaron a 105 35 etas de taoncacos los

especimenes

Resultados de los ensayos de compresi6n axral- En el c uadro r-.;·:~ 1se presenta un resumende los resultados de estos ensayos Pue ae o os er va rs e 1 0 s,guiente: l

< i'Las resistencras en cornpresior. f rn iueron Iguales en los especrrnenes cor rnortero

1 101% Y 5-2% Con estes rnorteros la resrsrencia resulto 25°'" mayor ~1Jp. para lOS

especirnenes sin estabihzar [adobe]



2. La dercrmacion correspcndreote al esfuerzo maxuno fue tarroren mayor en los

especimenes con suelo estabilizado.

3. EI m6dulo de etasnc.cao rue tarnoien mayor en los especimenes con suelc

estabilizado. EI mayor valor 58 obtuvo con el mortero S-2%.

Resultados de los ensayos de corte dlrecto.- En ta figura 8 se observa que los resultados de

estos ensayos responden satisfactoriamente a la ex presion de Coulomb

v=l.l.+fcrdonde: v .. esfuerzo tangencial de taua, kglcm2

1 .1 . ' " resistencia por adherencia, kg/Cll12.

f '" coeficiente de frieclon.

o '" esfuerzo de confinamiento, kg/cm2

En estos sismos grtlficoS y tarnbien en el cuadro W 2 se dan los valores de Il y de f para cadatJpo de mortero, que fue la variable principal.

Puede notarse 10 siguiente:

1. Los especimenes con suelo estabilizado exhiben una res.stsncia por adherencia, u,signifieativamente superior a los especimenes de adobe (sin estabilizar). En orden

descendente de la resistencia por adherencia se tiene la siguiente clasificacion de 105

especimenes ensayados:

a. Con mortero 1:2:3:1/2

b. Con mortero 1:10:1%

c. Con mortero S - 2%

d. Con mortero simple

) . L ' " 1.8 - 1.98 kg/cm2.

u '" 1 3 - 1,4 kg / cm2 .

1 . 1 " " .75 - 0.90 kglcm2.

) .. I . " " 0.55 kg/cm2.

2. Los especimenes con suelo estaojtizado tienen un coehciente de fricclon, f, superiora los espsclmenes sin sstabnizar, aunque la dlferencla en este caso no es tan marcada

como para la adherencia En orden descendente de los valores del coeficiente de

fricciOn, se tiene la slgulente clasilicacion de los especimenes:

a. Con mortero , :2.3.1/2

b. Con mortero S - 2%

c. Con rnortero 1:10.1%

d. C~mmonero simple

f '" 0.98 . , .06

f '" 0.78 ·0.80

f '" 0.60 - 0.63

t = 058

3. No se observa una diferenCla srstemanca, ni signlflcativa, entre los resultados para

especimenes 1abricados con bloques grandes y chlcos.

Resultados de los ensayos de compreslon diagonal.- En el cuadro W 3, se presenta un

resumen del analisis de los resultados de los ensayos de compresi6n diagonal. Los esfuerzos

de corte expenmentales y los " teoricos" fueron determinados siguiendo 1 0 5 l inearruentcs del

traoajo de Meli y Reyes Se observa 10 slguiente.

1. EI esfuerzo de corte de rotura es signlficattvamente mayor para los especimenes de

suelo estabmzaoo. habiendo resultado una resistencia mucho mayor en los

especimenes con mortero 1:10 1% que en los especimenes con mortero S - 2%.

2. La aphcaclon de las expresiones para las resistencias "teoncas" para-tanas por traccion

diagonal y por corte, Indican que los especimenes debieron rauar por corte. 1 6 queconcuerca con 10 observado

3.. .

Sin embargo. las resrstsnc.as "tsoricas" caicutadas con la expresjon (3) resuttan

excesivamants altas en cornparacion con los vatores expenmentales

6



Concluslones.- De los resultados obterudos se puede extraer las siquientes conclusiones.

a. En general, la estabuizacron mejora las caractertsticas rnecarucas del

suelo

b. la expresi6n v "" ~ + fa relaciona sanstactortarnente las dlferentesvariables:

c. Pueden usarse especimenes can bloques psquenos (26.5 x 26.5) para

obtener las p ropie oaces meca ru ca s de la mamposleria de bloques

mas grandes.

d. L a expreston v -0.8 f . I .

para las pruebas de1-0.9 f hll

compresiOn diametral no es aplicable para los especimenes

ensayados.' •

PROPIEDADES MECANICAS DE LA CAN A

La cana se comporta elastica mente casi nasta ta rotura. Echazu (12) determine.

experimental mente , un valor rnedlo del m6dulo de elasticidad de '.52 x 105 kglcm2 can un coenctente

de variaciOn de 6.2%, y un valor medio de la resistencta de 1350 kglcm2 con un coeficiente de

variaci6n de 17.7%.

Con ta humedad sa encontro una disrninucion de la resistencia del orden de 25 por ciento En

otrcs expenmentos, se ha encontrado una disrninucion mayor.

CUADRO N° 1

RESULTADOS DE LOS ENSAYQS DE COMPRESION AXIAL

Tlpo de mortero 1.10 - 1% S - 2% Simple

ResistenCl8, f'm 12.8 I<gfcm2 12.8 kgtcm2

10.3 kg/cm2

De to rmacio n Un ita na 12.3x10·3 13.5 x 10.3 9,7 X 10.3

M6du lo de E la stic id ad 1788 kg/cm2 2140 kg/cm2 1600 kg/cm2

Los vatores mo.cados representan el promedio de 3 a 5 especimenes

Oebe notarse. Sin embargo que para valores pequenos del esfuerzo de bonfmamlenlo losgraflcos que S8 muestran en e! trabajo de Mel! y Reyes indican que esta/expresron puede

dar errores rrrportantes .,

Aparentemente. debido a que los estuerzos de ccnnnarruento eran pequeflos

7



CUADRO N" 2

VALORES DE LA ADHERENCIA, u, Y COEFICIENTE DE FRICC10N, 1,DE

ACUERDO A LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE CORTE D1RECTO

-

1

l iortero 1 10.1% S-2% Simple 1 2 J 1/ 2

Bloque Chico Grande cmco Grande Cruco Grande ChiCO Grande 1 1

Adhe rencia !J , 1 Ikg/cm2 1 40 1.30 .90 .75 .55 - " _ 1 1 80 1.98

I I

Coelrcierua,I

. de trlccion, I .60 63 .78 80 .58 --- 1 06 98 JNOTAS

1. Los valores de ~ly I corresponden a la ecuacion de lalla

donde.v=~+lc rv = estuerzo tanqencral de lalla

o = esruerzo de confinamiento

2. Los valores de ta tabla se obtuvieron arustanco linaas rectas a los puntas

expenmentales Y Sin considerar los valores para contmarmento nulo

CUADRO N° 3

ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE COMPRESION

DIAGONAL

1 1 Esfuerzo de Corte de Rotura ITipo de f' -~-__-----. .. -_-~. . . . . . . ~- ~ __ u

ImExp= r i!l'e:lr' Falla par Yalla

Mortero Kg/cm2 fKg/cm2 (1) ~=acc:!'6n gar ILal diagonal (2) orte(3~

1:10:17- i

iiI

Bl0. Chico 1. 40 .60 12.8 1.01 3.56 I 2. J~41:10:15 I

IB10 Grand!=! 1. 30 .63 12.8)(

j1.15

3.56I

~- 27- .90 .78 12.8 I .4 5,

_l 3.56 I 2.40 ISimple -55 .581 10.3 I .30 I 3.19 .92

Se ha tornado el mismo valor que para 'os bloques chlcosDel trabajo de Meli y Reyes

(1 ) v = VU

(3) v-

O . B u .,

. 'o • 9 f t, ':V I

f ~ ~ / ~ < - - - -: ,/ / ~~./ .

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En estes ensayos h'1.= 1 - I

8



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(a) ENSAYO DE COMPRESIOO

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" ~'"j& 1 . I' US em.

(b) (h) ENSAVO DE CORTE DIRECTO

u.s ern

,/

1'.5. U·!i.e"" ,-

(c) ENSAVO DE COMPRES10N DIAGONAL

FIG, W 7 ESPECIMENES DEL ENSAYO

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CURVAS V·U PARA EN5AYOS OE CORlE OI,1E.:ro

FIG. N' 8 RESUlTAUO DE l:NSAYO DE COATE

. . . . " l"." . . . . . . . ..

. t .

· · · · - - lI

1

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APAREJO EN VIVIENDA CON REFUERZO VERTICAL

APAREJO EN ENCUENTRO DE MUROS

Fig. N. 9



VIGA SOLERA

REFU ERZO D E

C AN A V ER TIC AL

DETALlE DE INTERSECCION DE MUPOS DE 36 mt.



DETAllE TIPICO DE. VIG:d~~d~~RA{8loques de seccrcn cu

APAREJO EN ENCUENTRO DE MUROS

(8loques de secclon cuadradaJ

Fig. N. 11

14

- - . . . _ ; ~ J~



ANEXO A

MATERIALES UTILlZADOS

Suelo.· Se utihzo material extraido de terrenos de la UniverSldad Nacional de Ingemeria

designado en este estudio como M·2 Sus caractertsncas basicas son las siguientes.

Granulometria' Peso especnco de s6lidos: 2 65

Arena 42%

limo 50%

Arcilla 8%

Limite liquido

U mile p la s t ie o

Umite de contraccion

tno.ce de piasuocac

Clasificaci6n S U.C S

255

175

15

8

CL

Cementa y a51aI10.·Se us6 cemento nonnal ASTM Tipo 1 Y astalto liquido RC·2.

Bloque5.· Se fabricaron call suelo M·2 con 1.5% de astaho. de dimensiones 26.5 x 26 5 x 75

em. y 36.5 x 36.5 x 75 em.

Morteras.· Se utinzo cuatro clases de mortero:

a 1 10:1°/" (por peso). Una parte de cemento, 10 de suelo y 1% del peso

del suelo en peso de astalto.

b. S~2% (por peso) Suelo con 2% de su peso en peso de astalto

e. 1 2:3:1/2 (par vojurnen). Una parte de cementa, des de suelo. Ires de

arena gruesa y 1/ 2 gal6n de asfalto por saco de cemento.

d. Simple. Mezcla no estabilizada de suelo y agua.

EI suelo utilizaco en estos morteros tue prevlamente tamizado par la malta N~ 4.



BIBLIOGRAFIA

1 - KUROIWA, JUliO, DElA, Ernesto, JAEN, Hugo.

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Earthquake Engineering. Rome, June' 973.

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