Con el propósito de mejorar nuestras normas E.030 "Diseño Sismorresistente" y E.060 "Concreto Armado", dándose énfasis especial a las edificaciones estructuradas por muros de ductilidad limitada (EMDL), se realizaron investigaciones experimentales en estructuras de concreto armado, las que se proporcionan al lector en este blog.

Los experimentos se ejecutaron en el Laboratorio de Estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú, desarrollándose la mayoría de ellos como parte de los trabajos de tesis asignados a los alumnos de la Facultad de Ciencias e Ingeniería y de la Escuela de Graduados de la PUCP. Varios de estos proyectos contaron con el financiamiento total o parcial de SENCICO, PRODAC, UNICON, CISMID y JICA.

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SISTEMAS DE DUCTILIDAD LIMITADA
A partir del año 2001, empezaron a construirse en nuestro medio numerosos edificios estructurados por muros delgados de concreto armado, con espesores de 10cm, donde resulta imposible confinar los bordes con estribos a corto espaciamiento o usar doble malla de refuerzo, por lo que al tener esta edificaciones escasa capacidad de deformación inelástica se les denomina Sistemas de Ductilidad Limitada[2220clicks], en cuya construcción se usa encofrados metálicos y un concreto de alta fluidez.

VISITAS A OBRAS y DEFECTOS QUE AFECTAN A LA ESTRUCTURA
Antes de proceder con las investigaciones experimentales, se hicieron visitas a obras en construcción, con el objeto de determinar las ventajas, desventajas y defectos[2185clicks] que pueden afectar al comportamiento estructural de las edificaciones compuestas por muros delgados de ductilidad limitada, especialmente cuando en el futuro se vean sometidas a terremotos.

EVALUACIÓN DE "R" y DE LA DERIVA MÁXIMA
Antes del 2006, se reforzaba a los muros en todos los pisos con una malla electrosoldada ubicada en su zona central y varillas verticales dúctiles en los extremos. Estos edificios se diseñaban usando un factor de reducción de las fuerzas sísmicas R = 6 y una deriva máxima de 0.007. Estas razones motivaron el desarrollo de un primer proyecto experimental[2722clicks], donde además de evaluarse "R" y la deriva máxima, pudo notarse fallas por deslizamiento.

LA FALLA POR DESLIZAMIENTO
La falla por cizalle encontrada en el primer proyecto dio lugar al desarrollo de un segundo proyecto experimental[3480clicks], cuyo objetivo fue controlar esta forma de falla irreparable.

ADENDAS EN LAS NORMAS E.030 y E.060
Varias de las conclusiones vertidas en los dos proyectos indicados, así como las de aquellos proyectos realizados en el CISMID, fueron consideradas por los miembros de los comités técnicos de las normas nacionales, publicándose en el año 2006 una Adenda en la Norma Sísmica E.030[1064clicks] y otra Adenda en la Norma de Concreto Armado E.060[1248clicks].

MALLA ELECTROSOLDADA
En la Adenda E.060, se prohibió el uso de malla electrosoldada en los primeros pisos de estos edificios (limitados a un máximo de 7 pisos), lo que dio lugar al desarrollo de un tercer proyecto experimental[1923clicks], cuyas conclusiones se encuentran en la actualidad en etapa de evaluación por los miembros del Comité Técnico de la Norma E.060.

CRITERIOS DE CONFINAMIENTO
Debido a que en la Adenda E.060 se seleccionó a uno de los dos criterios opcionales que permite el ACI-318 para decidir cuándo confinar los bordes de los muros, y también, porque a veces el uso simultáneo de los dos criterios puede conducir a resultados contradictorios, es que se desarrolló un cuarto proyecto experimental[1531clicks].

COMPORTAMIENTO A CORTE DEL REFUERZO CENTRAL
En un quinto proyecto experimental[2040clicks], se trató de analizar el comportamiento a fuerza cortante pura del refuerzo ubicado en la parte central del muro, analizándose incluso la posibilidad de reemplazar este refuerzo por fibra metálica, con el objeto de disminuir la congestión de refuerzo, que es una de las razones por la que se producen cangrejeras en los muros delgados.

PROGRAMA DE INVESTIGACIÓN
Lógicamente que estamos en un estado incipiente de conocimientos sobre el comportamiento sísmico de este tipo de edificios, por lo que las investigaciones teóricas y experimentales deberán continuar (ver Programa de Investigación EMDL[2244clicks]). Asimismo, deberá mejorarse la técnica de construcción, que, al fin de cuentas, es la que decide la manera de cómo se comportarán estos edificios ante las distintas acciones a los que serán sometidos.




OTRAS INVESTIGACIONES EN CONCRETO ARMADO
Si bien a nivel mundial existen reglamentos de diseño para las estructuras de concreto armado basados en múltiples experimentos, las particularidades de nuestras edificaciones en cuanto a materiales, elementos estructurales, técnicas de construcción y formas arquitectónicas, nos exigen contar con reglamentos propios. Prueba de ello lo dan los daños producidos por los terremotos ocurridos en el Perú.

MÓDULO APORTICADO DE 2 PISOS
Con la finalidad de comprobar el comportamiento teórico-experimental de las estructuras aporticadas sujetas a sismos, se desarrolló en conjunto con el CISMID un proyecto, donde en la PUCP se ensayó en mesa vibradora un módulo de 2 pisos[1489clicks] techado con aligerados, observándose que incluso el aligerado trabajaba a flexión ante fuerzas sísmicas horizontales (videos V1 y V2).

V1: Módulo de 2 Pisos - Sismo Leve


V2: Rotura de un bloque del aligerado por flexocompresión


TECHO ALIGERADO SUJETO A CARGA VERTICAL
Después del ensayo sísmico, el módulo aporticado de 2 pisos fue reparado con resina epóxica y seccionado en 2 partes, cortando a las columnas del segundo piso a la mitad de su altura. El aligerado del segundo piso[2509clicks], fue sometido a carga vertical, encontrándose que a pesar de que sus viguetas estaban dirigidas en un sentido, tenía en cierto grado un comportamiento bi-direccional.

INTERACCIÓN TABIQUE-PÓRTICO
El primer piso del módulo de 2 pisos fue reutilizado para el estudio ante sismos leves de la interacción tabique-pórtico[4338clicks] con 2 tipos de tabiques: Albañilería (de ladrillos pandereta) y Fibrablock.

V3: Módulo de 1 Piso, sin tabiques - Sismo Leve


V4: Módulo de 1 Piso, con tabique Fibrablock-Sismo Leve


EFECTOS DE LOS ÚLTIMOS SISMOS PERUANOS
Los últimos sismos que castigaron la zona sur del Perú fueron:
1) Castilla-Arequipa, 1979[1100clicks];
2) Nasca-Ica, 1996[1780clicks];
3) Arequipa-Moquegua-Tacna, 2001[3026clicks], fina cortesía de los ingenieros PUCP: Alejandro Muñoz y Marcos Tinman; y,
4) Pisco-Ica, 2007[5640clicks].



REFORZAMIENTO DE COLUMNAS CORTAS
Los sismos mencionados causaron daños severos principalmente a los colegios y el ocurrido en Nasca-1996, obligó a modificar la Norma Sísmica E.030. Puesto que en la década del 90 se construyeron muchos colegios en todo el Perú, como una medida preventiva se elaboró en conjunto con SENCICO un proyecto de reforzamiento[4030clicks] que permitió controlar económicamente el problema de "columna corta".

En los colegios de Nasca (1996) se aisló ineficientemente al alféizar de la estructura principal, esta solución fue practicada con mayor cuidado en el laboratorio de la PUCP (ver el video V5), pero funcionó a medias ya que en ciertos instantes el pórtico impactó con el alféizar por los grandes desplazamientos inelásticos impredecibles que tuvo. Más bien, cuando las columnas cortas fueron ensanchadas (ver el video V6), el sistema se comportó elásticamente para el mismo sismo severo.

La cinta que vuela en el video V5 es el tecnopor, usado como aislante, y los golpes que se escuchan son productos del impacto pórtico-alféizar.

V5: Alféizar alto aislado. Sismo Severo.


V6: Col. corta reforzada. Pórtico y sismo similar a video V5.


Es interesante indicar que luego de haberse estudiado la interacción tabique-pórtico ante sismos leves, en la tesis de Guillermo Robles se volvió a utilizar el primer piso del módulo aporticado de 2 pisos, removiendo las 5 últimas hiladas del tabique de albañilería hecho con ladrillos pandereta, para de esta manera formar columnas cortas, las cuales fueron reforzadas con ensanches de concreto armado, mientras que el alféizar alto no tuvo solera ni columnetas de amarre.

Posteriormente, el sistema fue sometido a carga lateral monotónicamente creciente, obteniéndose (ver el video V7) primero la falla por tracción diagonal del alféizar y después, en las etapas altas de desplazamiento lateral, la trituración del ladrillo pandereta en contacto con el ensanche, sin que ocurra problemas en las columnas. A partir de ese instante, se perdió la interacción con el alféizar y las columnas se comportaron como columnas largas, disminuyendo sustancialmente la resistencia y rigidez del conjunto.

V7: Ensayo de carga lateral monotónica.


SUPERPOSICIÓN MODAL
Mediante ensayos de simulación sísmica en mesa vibradora de un módulo de tres pisos[1912clicks] a escala reducida 1:3 (video V8), hecho de concreto armado, se evaluaron dos criterios teóricos de superposición modal para determinar en el rango elástico, los deplazamientos laterales y las fuerzas cortantes en las 2 direcciones horizontales. Este módulo estuvo estructurado por placas y columnas en la dirección rígida, y por columnas en la dirección flexible.

V8: Módulo de 3 pisos a escala reducida. Dirección Rígida.





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1) Evolución del Diseño[2412clicks] en Concreto Armado en el Perú. Por: Antonio Blanco Blasco, Profesor Principal de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

2) Efectos del sismo del 23 de junio del año 2001[1562clicks] en la zona sur del Perú. Por: Antonio Blanco Blasco. Consejo Nacional del Colegio de Ingenieros del Perú.

3) El sismo de Pisco[1618clicks] del 15 de agosto del 2007 y sus enseñanzas. Por: Antonio Blanco Blasco Ingenieros E.I.R.L.

4) El terremoto del 24 de mayo de 1940[821clicks], sus efectos y sus enseñanzas. Por: Ricardo Valencia. En homenaje a quién fue uno de los más ilustres profesores de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

5) El análisis no lineal dinámico[1592clicks] y su aplicación en la simulación de respuestas estructurales. Por: Msc. Adolfo Gálvez Villacorta. ADGAVI y Asociados SAC.

6) Los sismos del sur de Chile en 1960. El maremoto de Valdivia[1014clicks]. Por: Pedro Varela. Universidad Católica del Norte. Antofagasta, Chile.

7) Principales cambios en la Norma Peruana de Concreto Armado NTE E.060[2897clicks]. Por: Gianfranco Ottazzi Pasino. Profesor Principal de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

8) Proyecto de Norma E.060 "Concreto Armado"[942clicks] . Por: Comité Técnico de la Norma E.060 y la Dirección de Investigación y Normalización de SENCICO.

9) Proyecto de Norma E.060 "Concreto Armado". Diseño Sismorresistente[795clicks]. Primera Parte. Por: Alejandro Muñoz. Profesor Principal de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

10) Propuesta del Factor de Reducción de Fuerza Sísmica[530clicks] para Sistemas Estructurales en Concreto Armado con Muros Reforzados por Barras Dúctiles y Mallas Electrosoldadas. Por: Adolfo Gálvez Villacorta. Colaboración: Maribel Burgos y Martín Ortiz.

11) Observación al Proyecto de Norma E.060 [618clicks] Concreto Armado. Por: Enrique Pasquel. Director Ejecutivo del Centro de Investigación Tecnológico del Cemento y el Concreto - CITEDEC. Contiene además el artículo "Propuesta de Metodología para Evaluación de Defectos Superficiales en los Acabados de Muros de Concreto", por: Enrique Pasquel y Cristian Sotomayor (Jefe de Control de Calidad de Unión de Concreteras S.A.).

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