REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL DE MUROS DE ADOBE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL DE MUROS DE ADOBE TESIS PARA OPTAR POR El TITULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO CIVIL

LuciA

ISABEL IGARASHI HASEGAWA LIMA-PERÚ

2009

INDICE

IN OleE

RESUMEN

4

liSTA DE TABLAS

5

LISTA DE FIGURAS

7

liSTA DE SíMBOLOS Y SIGLAS

11

INTROpUCCI6N

12

CAPíTULO 1:

15

GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES 1.2

15

PROCESO CONSTRUCTIVO DE MUROS DE ADoeE

17

1.2.A

SELECCIÓN DEL SUELO

17

1.2.B

FABRICACIOH DE BLOQUES DE AOO8E

18

1.2.c

CONSTRUCCiÓN CON ADOBE

21

1.3 COMPORTAMIENTO DE LAS esTRUCTURAS DE ADOBE ANTE LA ACCiÓN DE

SISMOS

22

CAPITuLO 11:

PLANTEAMIENTO

ce SOLUCIONES

DE REFUERZO

24

11.1 EMPlEANDO ESTERAS

24

11.2 EMPlEANDO COSTAULLOS

25

CAPiTULO 111:

ENSAYO DEL MODELO

111.1 FABRICACIÓN DEL EsPtaIlEN

DEL ENSAYO

III.l.A

FABRICACiÓN DE LOS BLOQUES DE ADOBE

IIl.l.B

CONSTRUCCiÓN DE LA BASE

IIl.l.C

CONSTRUCCiÓN DEL MURO DE ADOBE E_"._"._

l(JetuIIi H'II9'"

UDa I»beI

27 27 27 29 29 2

111.2ENSAYO MONoTÓNICO

36

11I.2.A PROCEDIMIENTO

36

EQUIPO

38 40

111.2.8

11I.2.c OBsERVACIONES

111.3RESULTADOS DE LOS ENSAYOS 1II.3.A

MUROS NO REFORZADOS

111.3.8 MUROS REFORZADOS

43 43 49

CONCLUSIONES

60

RECOMENDACIONES

63

BIBLlOGRAFIA

64

ANEXO 1:

MANUAL DIDÁCTICO

66

ANEXO 2:

EN§A VOS COMPLEMENTARlOS

67

A.2.1

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LAS UNIDADES DE ADOBE

67

A.2.2

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DEL MoRTlORO SUELO-CEMENTO

69

A.2.3

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE PILAS DE ADOBE

73

A.2.4

RESISTENCIA AL CORTE DEL ADOBE

76

A.2.S

GRANUl.OMETRIA DEL SUELO EMPLEADO EN LOS ENSAYOS

80

ANEXO 3:

NORMA TÉCNICA DE EDIFICAClONES E.080 - ADOBE

ANEXO 4;

PANEL FOTOGRÁFICO

FABRICACIÓN DEL ADOBE

83 105

FABRICACIÓN DEL MURo SIN REFORZAR

106 106

ENSAYO DE LOS MUROS No REFORZADOS

107

REFORZA"ENTO DEL MURO DE ADOBE

108

ENSAYO DE LOS MUROS REFORZADOS

112

UNIVERSIDAD FACULTAD

NACIONAL

DE INGENIERIA

DE INGENIERIA

CIVIL

RESUMEN

RESUMEN

En la presente tesis se estudian dos alternativas existentes.

para reforzar muros de adobe

Una contempla el uso de estera como elemento de confinamiento y la

otra costalillo plástico. Estos elementos

de confinamiento van anclados a un par

de listones de madera que se encuentran

amarrados al muro de adobe.

Como primera etapa de la investigación, se ensayaron e~a

1: 1, los

(esbeltos, MASR

fueron

sin confinamiento

sirven

refuerzos

cuales

de punto

propuestos.

con

condiciones

de comparación

La segunda

para verificar

etapa del estudio

Finalmente,

En el caso de los MAR reforzados

transversal

consistió

de los

en reparar

estos muros reforzados

fueron ensayados, obteniéndose resultados favorables

en forma

la efectividad

o

y

Dos de estos muros fueron reforzados empleando

y los otros dos, estera.

sólo aumentó

desfavorables

lateral ni viga collar). Estos muros sin refuerzo

reforzar los MASR ensayados. costalillo

fabricados

4 muros de adobe en

en ambos casos.

con estera, si bien el la resistencia

proporcional

al aumento

del muro, se observó que la distorsión

o MAR

geométrico alcanzada

al corte

de la sección

por el muro fue 4

veces mayor que la obtenida con los MASR.

En el caso de los MAR reforzados aumentó

en 13%. Asimismo,

con costalillo,

la distorsión

el esfuerzo

aumentó

cortante

máximo

400% con respecto

a los

MASR, en forma similar a la alternativa de refuerzo con estera.

En base a los resultados, costalillos,

se concluyó que la mejor alternativa

es la que emplea

por tener mejor comportamiento, ser más económica

disponibilidad del material

a nivel nacional.

y tener mayor

Por ello se desarrolló

un manual

didáctico para la difusión de esta alternativa de refuerzo.

Ref0rz8mienlo

Estructural

19arashl HaS6gawa,

de Muros de Adobe

LucIa lsabef

4

INTRODUCCiÓN

A inicios del Siglo XXI, la tecnologla avanza cada vez en forma más acelerada. Los nuevos materiales y las nuevas técnicas constructivas generan estructuras que hasta hace unos atlos hubiesen sido imposibles de realizar. Sin embargo, no se debe dejar de lado la investigación y mejora de los materiales tradicionales, ya que en obras de

pequetla envergadura

resulta muchas veces costoso

emplear las nuevas tecnologlas.

Es por ello'que en nuestro pals aún es común ver pequellas edificaciones de adobe o tapial, principalmente en las zonas rurales remotas, donde la topografia dificulta el intercambio

comercial, y por consiguiente

los pobladores deben

subsistir empleando los recursos locales disponibles. También es posible ver estructuras de adobe en zonas geográficamente cercanas a polos de desarrolla, ya que el bajo costo del material y la facilidad que tiene para la autoconstrucción hacan que sea empleadO generalmente

por gente de recursos

limitados.

Asimismo, las casonas centenarias que han hecho que muchas ciudades del Perú sean consideradas como patrimonio histórico están construidas con este material tradicional. Todos estos motivos hacen que un material tan frágil como

el adobe siga vigente.

.

Ante esta realidad se han desarrollado una serie de normas y recomendaciones para construir con adobe,

pautas que limitan las dimensiones

tanto de las

unidades como de los muros, además de atladir refuerzos de madera o de cana entre las unidades, para lograr un mejor comportamiento de la estructura.

Pero no siempre es posible eliminar las edificaciones antiguas para erigir unas nuevas, reforzadas de acuerdo a los manuales del ININVI Adobe, y estabílizando

y la Norma E.OSO-

las unidades para hacerlas más resistentes

a la

intemperización. Por la forma en que se desarrolla el núcleo familiar en nuestro

VNIVfRS10AO ,NGEN'ERtA

NACJOIoIAI..CE

FACUL TAD DE INGENIERIA OVIL

fNTRODUCCION

país, muchas veces varias generaciones

de una familia viven bajo el mismo

techo, siendo común que las casas pasen de una generación a otra.

Los sismos ocurridos en el pais en los últimos años, en espadal el que sacudió el sur del país el pasado 15 de agosto del 2007, han demostrado lo vulnerables que son las estructuras

de

adobe.

Muchas viviendas

construidas

con este

material sufrieron daños severos o colapsaron debido a no contar con refuerzos adecuados.

Los estudios realizados por el CISMID luego del sismo de Pisco del 2007 nos muestran los porcentajes de viviendas de adobe que sufrieron daños. El 50,6% de las edificaciones colapsó,

en Chincha Baja eran de adobe. de las cuales. el 57%

10% tuvo daño severo

y 12% tuvo caño moderado.

Asimismo,

el

18.20% de las edificaciones en Pisco era de adobe, y de ellas, el 82,62% sufrió daño grave (colapsó) y 9.46% sufrió daño severo. En las figuras 1 y 2 se puede observar los niveles de daño causados por el sismo del 15 de agosto del 2007 en las edificaciones de adobe de Chincha Baja edificaciones

presentaban

y de Pisco. La mayoria de estas

muros sin reforzar, falta de dinteles en los vanos y

carencia de vigas collar en la parte superior.

Figura 1:

Niveles de Daño en Edificaciones de Adobe-

Distrito de Chincha

Baja

'V'oO

Fuente: C/SMID, UNI. FORSUR, BM, Inf0ffll8 Final del Estudio de Microzonificación S/smic8 y Zonif1cIlCiÓl1 2008

o« PoHigro

eJe Tsunsmi en Chincha Baja y Tambo oe Mora.

UNlVERSlOAO NACJONAl. ()E INGENIERIA FACVl..TAO OE INGENlERIA CIVIL

Figura 2:

INTRODUCCIÓN

Niveles de Daño en Edificaciones de Adobe - Pisco

Estudio de Pisro. San Luis y HU8ytarlJ. 2008

Fuente: CISMID

Por lo tanto. la presente tesis se enfoca en el reforzamiento de estructuras de adobe existentes, tomando como punto de partida el hecho que un muro de mampostería debe estar confinado para que trabaje en forma óptima. El refuerzo se ha desarrollado considerando ciertos parámetros básicos: fácil disponibilidad de los materiales autoconstrucción.

Asimismo,

a emplear,

proceso

constructivo

sencillo

que permita

la

y bajo costo.

como complemento,

se

ha desarrollado

un manual didáctico que

explica los pasos del proceso de reforzamiento para su autoconstrucción,

el cual

puede ser repartido a diversas áreas donde abundan las viviendas de adobe.

Refon.amiento

Estructlnl

do Muf'O.! de AdoOo

1{J81ft.Sh1H8se9l1W8, L.uc1llul)ttl

14

CAPiTULO 1: GENERALIDADES

1.1 ANTECEDENTES

El uso del adobe como material de construcci6n

ha sido desde la antigüedad

ampliamente difundido alrededor del mundo. Las formas arquitectónicas en función de las condiciones características

varían

de cada lugar, pero el material es

esencialmente el mismo: agua y tierra. Precisamente es la filcil disponibilidad de estos elementos en el medio lo materiales

más utilizados

que ha convertido al adobe en uno de los

en la construcción.

De acuerdo

con el V Censo

Nacional Vivienda del 2005. de 5 858 149 viviendas existentes en el Perú, el

37,00 % están hechas de adobe, siendo este porcentaje tareas rurales, alcanzando el 69,98 %.

mayor en las

El adobe, como todo material presenta sus ventajas y desventajas. A su favor

tiene el bajo costo y ftlcil disponibilidad de los materiales. Además pennite la autoconstrucción.

Otra ventaja importante. Especialmente para las edificaciones

ubicadas en la región andina es el gran aislamiento térmico de este material. Sin

~NAClONALDE_ FAcu. INGENIERIAClW.

TADDE

embargo. El adobe posee grandes limitaciones: es extremadamente vulnerable a la humedad. las unidades son frágiles y poco resistentes.

Las edificaciones de adobe sin refuerzo son muy vulnerables a los sismos debido a que los muros carecen de refuefzos o las dimensiones son inadecuadas.

Por

ello.

se

han

escrito

numerosos

manuales

con

recomendaciones de refuerzo para la construcción de edificaciones de adobe. Pero aún queda el problema de las estructuras que ya han sido construidas sin refuerzos. que se ven en peligro de colapsar ante un sismo.

Ante este problema se han estudiado las siguientes soluciones: Cables o fajas horizontales exteriores. cuya función es evitar el volteo y el desplome de los muros. Estos normalmente se colocan en la parte superior de la estructura. La colocación de una viga solera en la estructura. que pese a ser efectiva. es una solución costosa. La colocación de

cables o fajas verticales. principalmente para la

reparación de muros esbeltos o delgados. Este método es de fácil colocación. pero altera la apariencia de los muros. La colocación de un núeleo central flexible (ya sea con barras de acero o fibra de vidrio). cuyo defecto es el elevado costo y la dificultad de ejecución. Col0caci6n de grapas locales para controlar fisuras. la cual es más que nada una solución complementaria. Es bastante económica y simple. Colocación de malla electrosoldada o malla de polimeros (geomalla) de manera que se confina al muro formando unas pseudo vigas y pseudo columnas.

16

CAPfrvLo

1: GENEIW.JON)ES

Se puede pensar al comparar los costos de la restauración con los costos de un muro nuevo, realizado tomando en cuenta las recomendaciones de refuefzo y dimensionamiento, que la mejor solucl6n serla quizás volver a hacer la estructura. Esto es factible para una edificación de uso común.

Pero en muchos casos. la estructura que necesita reparación es un patrimonio cultural o histÓrico, por lo que se descarta la posibilidad de reconstrucción. La solución más adecuada es la que brinde la máxfma eficiencia con la mlnima inversión. Es por ello que en la presente tesis se analizan dos posibilidades de refuefzo de muros existentes. las cuales serán mostradas en el capitulo 11.

1.2

PROCESO CONSTRUCTIVO pE MUROS pE ApOBE

A través de los anos se han dado una serie de recomendaciones para construir edificaciones de adobe más resistentes, las cuales han sido recopiladas en su mayorla en los manuales y normas técnicas del ININVI. Las consideraciones a tomar en cada etapa del proceso constructivo de muros de adobe que se dan a continuación fueron presentadas por Morales, Torres, Rengifo e Irala en el "Manual para la Construcción de VIViendas de Adobe· de 1993.

1.2.8 Selección del Suelo El suelo apropiado para la fabricación de los bloques de adobe debe tener entre 25 % y 45 % de arcillas y limos, y el porcentaje restante de arena. La proporción máxima de arcilla estará comprendida entre 15 % Y 17 %. De una adecuada graduación del suelo depende la resistencia del adobe. El suelo no debe ser tipo orgánico ni nitroso, ya que ello afectarla la durabHidad del bloque. Ambos tipos de suelo son fáciles de identificar por su color: el suelo orgánico es negrusco y el nitroso es blanquecino. El suelo nitroso además posee un sabor salado. Es por ello que no se recomienda emplear suelos de cultivo.

Existen algunas pruebas de campo bastante sencillas para determinar si el suelo es apto para la fabricación de adobes:

17

Ensayo de graduación del suelo: ayuda a determinar la proporción de arena. arcilla y limo de un suelo. El equipo necesario consiste en una botella de un litro de capacidad (de prel'efencia de forma cillndrica y boca ancha). la cual es llenada hasta la mitad con el suelo y el resto con agua.

La botella se tapa y se sacude hasta que todas las partlculas del suelo queden en suspensión. Luego se coloca la botella sobre una superficie horizontal para que las partlculas se sedimenten. Finalmente. se mide el espesor da cada capa de material. La primera corresponde a la arena y la segunda a la arcilla y el limo. El volumen de la arena debe ser entre 1.5 y 3 veces el de la arcilla con el limo.

Ensayo de plasticidad. que determina si el suelo es arcilloso. arenoso o arcillo-arenoso.

La prueba consiste en hacer un rollo de 1.5 cm de

diámetro. lo más largo posible. con barro. el cual luego es sostenido por uno de sus extremos. Luego se mide la longitud de la parte rota. Si es menor de 5 cm, el suelo es arenoso, si está entre

5 y 15 cm. es arcillo-

arenoso, y si es mayor de 15 cm. es arcilloso.

Prueba de resistencia, que consiste en realizar discos de barro de 3 cm de diémetro

y 1.5 cm de espesor. Estos discos se dejan secar por 48

horas y luego se tratan de romper. Si se aplastan con facilidad, el suelo no es adecuado porque su resistencia es muy baja. Si es dificil de aplastar o si se rompe emitiendo

un sonido seco, la resistencia es

adecuada para la fabricación de adobe.

1.2.b Fabricación de bloques de adobe

En primer lugar, el dimensionamiento

de los bloques puede hacerse con las

siguientes recomendaciones:

La longitud del bloque no debe ser mayor a dos veces el ancho del mismo más el espesor de una junta.

f8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

CAPfTVc.o 1: GENEIW..IDADES

FACtA. TAO DE INGENIERlA CIVIL

la altura no debe exceder los 10 cm.

la relación entre longitud y altura debe ser 4 a 1. de manera que el traslape horizontal quede con una proporción de 2 a 1.

la fabricación de los bloques comienza con la elaboración

del barro. teniendo

cuidado que el suelo no tenga piedras de tamaño mayor a 5 cm. Para facilitar el proceso de mezclado. el barro se deja remojando por 24 horas antes. Esta etapa se muestra en la Figura 3.

Durante el proceso de mezclado. se le añade paja al barro. aproximadamente

un

20 % en volumen. para controlar las fisuras. También se hace un reajuste al agua de manera que el barro quede trabajable. pero no demasiado suelto. las herramientas

empleadas en este proceso son las palas y los picos. pero es

común emplear los pies. como se muestra en la Figura 4.

Figura 3:

Hidratación del barro

Figura 4:

Mezclado del barro

Para dar forma a los bloques se emplea un molde de madera con o sin fondo dimensionado tomando en cuenta la contracción del barro al secarse. los pasos para moldear los adobes son:

1. limpiar el molde antes de usarlo.

19

UNfVERSlDAD

NACIONAl.. DE INGENIERIA CAPfruLO l. GENERALIOADES

FACUt. TAO DE INGE/'IIERIA CIVIL

2.

Hacer una gran bola de barro y arrojarla dentro del molde. La cantidad debe ser suficiente como para llenar el molde.

3. Enrasar la parte superior con una regla de madera.

4.

Desmoldar con ligeras sacudidas verticales.

Figura 5:

Pasos para moldear los adobes

Si luego del último paso, el bloque pierde su forma o se raja. es porque el barro tiene mucha o muy poco agua.

El bloque debe dejarse secando sobre una superficie horizontal. Luego de tres dias se le puede dar vuelta, y a la semana se le puede apilar. Pasado un mes se realiza la prueba de resistencia. El bloque debe poder soportar el peso de un hombre adulto. Si esto no sucede, el suelo empleado necesita más arcilla.

Re!onfH'lWl(lto Estructt.ral l~ffJ$/IJ

fJe MIItOS dtJ Adobe

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Muro de Adobe

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Mortero Suelo Cemento

26

IJNIVEIISIOAD NACJONAl. DE INGENIERJA

CAPITUlO IH: ENSAYO DEL MODELO

FACULTAD DE INGENIERIA CML

CAPíTULO 111:ENSAYO DEL MODELO

111.1 FABRICACiÓN DEL ESPÉCIMEN DEL ENSAYO

1I1.1.a Fabricación de los Bloques de Adobe

la fabricación trabajar

de las unidades se realizó en enero del 2002. lo favorable de

en esta época del año es que permite

rápidamente.

Sin embargo

que las unidades

sequen

se debe tener cuidado que el calor excesivo

no

genere fisuras en los bloques.

El objetivo

principal

a la hora de fabricar

los adobes en el laboratorio

fue

realizarlos bajo las mismas condiciones que se presentan en la vida cotidiana. La materia prima empleada para realizar los adobes fue la tierra del CISMID. Se tuvo cuidado de separar las piedras de tamaño mayor a 5 cm que se encontraron durante el proceso de remoción de la tierra, pero no se usó ningún tamiz.

Figura 12:

Barro empleado en la fabricación de los adobes

ReIorumienfo EstrucftK8J de lItN'OS de ActoOe 19OtaShi _ ..... 1.uCI