ESTUDIO EXPERIMENTAL DE MARCOS DE CONCRETO RELLENOS …

DEL 24 AL 27 DE NOVIEMBRE DE 2015, ACAPULCO, GUERRERO, GRAND HOTEL

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA SÍSMICA A. C.

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE MARCOS DE CONCRETO RELLENOS CON MUROS

DE MAMPOSTERÍA SUJETOS A CARGA LATERAL

J. Martín Leal G. (1), Juan José Pérez-Gavilán E. (1), José Humberto Castorena G. (2), Juan Ignacio

Velázquez D. (2), Basilia Quiñonez E. (3)

1 Instituto de Ingeniería (UNAM.), Circuito Escolar s/n, Ciudad Universitaria, Delegación Coyoacán, México D.F, 04510,

[email protected], [email protected] 2 Facultad de Ingeniería Mochis (UAS), Fuentes de Poseidón y Ángel Flores, Jiquilpan, Los Mochis, Sinaloa, 81223,

[email protected]

3 Facultad de Ingeniería Culiacán (UAS), Calz. Las Américas s/n, Culiacán, Sinaloa, 80013, [email protected],

[email protected].

RESUMEN

Se presentan los resultados de cuatro ensayes, a escala 1:2, de marcos de concreto rellenos con muros de

mampostería confinados sujetos a carga lateral cíclica. Las variables en estudio fueron la relación de resistencia y

rigidez muro/marco y la presencia de barras de acero en las juntas de mortero como refuerzo. Las dimensiones y

armado de trabes y columnas representan las de dos edificios, uno de tres y otro de seis niveles. Los resultados

indican que ambas variables tienen un efecto significativo en la capacidad de distorsión y la resistencia del sistema.

ABSTRACT

The results of four scaled 1:2 concrete frames infilled with confined masonry walls subjected to cyclic lateral load

are presented. The investigated variable were the relative stiffness of frame and wall and the use horizontal

reinforcement in the walls. Column and beam sizes and their reinforcement represent those of a three and six storey

buildings. According to obtained results both variable have a significant effect on displacement capacity and strength

of the system.

INTRODUCCIÓN

Debido al cambio de política de vivienda en México, establecida por Secretaría de Desarrollo Agrario, Territorial y

Urbano (SEDATU), la rápida expansión del mercado de la vivienda actual y la disponibilidad cada vez menor de

grandes lotes vacíos en áreas urbanas han llevado a la construcción cada vez mayor de edificios esbeltos con menor

rigidez. Este cambio producirá edificaciones con un número mayor de niveles y una migración de las estructuras

tradicionales de mampostería a edificios de concreto o acero, que requerirán muros diafragma como parte de la

solución estructural y arquitectónica.

Un muro diafragma de acuerdo a las Normas Técnicas Complementarias para Mampostería del Reglamento de

Construcción del Distrito Federal (NTCM-RCDF, 2004) es el que se encuentra confinado por las vigas y columnas

de un marco estructural.

El comportamiento de estructuras a base de marcos es en la actualidad mejor comprendido que el de otros sistemas

estructurales, ya que la teoría de barras proporcionada por la mecánica de materiales es una herramienta

suficientemente precisa para su análisis. Sin embargo, cuando se incluyen muros en las crujías de los marcos el

problema se complica, puesto que no existe un modelo universalmente aceptado que represente el comportamiento

de estos elementos y su relación con los que lo confinan. El problema se vuelve aún más complejo cuando el muro es

mailto:[email protected]





XX Mexican Congress of Earthquake Engineering Acapulco, 2015

de mampostería, a pesar de que éste es uno de los materiales constructivos más antiguos y con más de 50 años de

investigaciones.

Es común en el diseño de edificios considerar a los muros de relleno como elementos no estructurales. Se argumenta

que el marco circundante es el principal elemento para resistir las cargas y la presencia de los muros es una reserva

de resistencia. Sin embargo, esta consideración no necesariamente conduce a diseños más seguros.

Existen evidencias de los efectos benéficos de los muros de relleno uniformemente distribuidos en el

comportamiento sísmico de edificaciones a base de marcos. Tales efectos consisten en incrementar significantemente

su rigidez y resistencia, reduciendo la demanda de deformación y mejorando la capacidad de disipación de energía

del sistema. Hamburger (2006) discutió el mejor desempeño estructural y resistencia al fuego de un edificio de

marcos de acero rellenos con mampostería comparada con otro sistema estructural durante el terremoto de San

Francisco de 1906. Murty (2000) anotó el excelente desempeño de marcos de concreto reforzado rellenos con

mampostería durante terremotos moderados en la India.

En contrapartida, efectos adversos en el comportamiento de marcos han sido detectados durante experiencias

sísmicas pasadas. Al proporcionar mayor rigidez al marco, los muros diafragma atraen mayor carga sísmica. Sí el

marco no posee suficiente resistencia a carga lateral y/o ductilidad, la acción sísmica solo podrá ser soportada

mientras que el relleno permanezca en el rango elástico. Por otro lado, distribuciones irregulares de relleno conducen

a mecanismos de falla adversos que conducen al colapso prematuro de la estructura. Por ejemplo el mecanismo de

piso débil o aquellos relacionados con efectos torsionales. Saatcioglu (2001) anotó el pobre desempeño de marcos

rellenos de concreto reforzado durante el terremoto de Kocaeli, Turkia en 1999. Estudios recientes realizados por

Ravichandran y Klingner (2011) demostraron que si la resistencia de muros diafragma excede el 35% de la

resistencia total de un entrepiso se pueden producir efectos indeseables en el comportamiento no lineal de la

estructura, tales como pisos blandos.

Estos efectos en el comportamiento general de la estructura, solo pueden detectarse utilizando modelos no-lineales

de la estructura en los que el comportamiento no-lineal de los muros diafragma así como la interacción muro-marco

son componentes fundamentales.

La relación de resistencia y rigidez entre muro y marco y las condiciones de refuerzo en el muro son parámetros que

tienen influencia importante en su comportamiento. La expresión establecida por las NTCM (2004) para calcular la

resistencia a cortante de diseño de muro diafragma no toma en cuenta la rigidez y resistencia del marco que lo rodea,

a pesar de que marcos más robustos trasmiten en un área de contacto mayor las fuerzas al muro. Además, la

contribución del refuerzo horizontal a la resistencia a cortante es una adopción de resultados obtenidos a partir de

experimentos de muros confinados. También es necesario contar con expresiones de diseño para trabes y columnas

del marco circundante, ya que la presencia del muro modifica los diagramas de los elementos mecánicos en dichos

miembros.

El objetivo de esta investigación es estudiar, a partir de pruebas de laboratorio, el efecto de la relación de resistencia

y rigidez muro-marco y el refuerzo horizontal en el muro en el incremento a resistencia a cortante y la capacidad de

capacidad de disipación de energía en marcos rellenos con muros diafragma.

PROGRAMA EXPERIMENTAL

Descripción de los Especímenes

El diseño de los especímenes se realizó a partir del análisis estático y diseño de dos edificios prototipo a base de

marcos dúctiles de concreto reforzado de 3 y 6 niveles. El diseño de estas edificaciones se hizo de acuerdo a las

especificaciones establecidas en la Normas Técnicas Complementarías del Reglamento de Construcción del Distrito

Federal vigentes (NTC-RCDF, 2004). En la Figura 1 se presenta la vista en planta de ambos edificios. Se observa

que las edificaciones cuentan con tres crujías en ambas direcciones. Los marcos perimetrales en dirección z están



rellenos por muros de mampostería y en dirección x el edificio está restringido al desplazamiento lateral mediante

muros de concreto. Los marcos fueron diseñados para resistir el 80% de las cargas laterales totales, sin la

contribución de los muros de mampostería. El factor de comportamiento sísmico Q y el coeficiente sísmico

considerados fueron de 3 y 0.40, respectivamente.

Figura 1. Vista en Planta de edificios prototipo.

Debido a limitaciones de espacio en el laboratorio se decidió construir los especímenes a escala 1:2. Se estimó que la

relación de carga máxima en prototipo y escala es 4, por lo que el criterio para escalar el acero de refuerzo fue que

éste sea capaz de desarrollar una cuarta parte de la resistencia del acero del prototipo. En la Tabla 1 se presenta el

esquema de similitud adoptado.

Tabla 1. Resumen del esquema de similitud a escala 1:2

ELEMENTOS PROTOTIPO ESCALA

6 pisos 3 pisos 6 pisos 3 pisos

Columnas

Dimensiones (cm) 50X50 35X35 25X25 17.5X17.5

Refuerzo Longitudinal Φ # 8 G42 Φ # 8 G42 Φ # 4 G42 Φ # 4 G42

Refuerzo Transversal Φ # 3 G42 Φ # 3 G42 Alambrón Alambrón

Trabes

Dimensiones (cm) 30X60 25X50 15X30 15X30

Refuerzo Longitudinal Φ # 8 G42 Φ # 8 G42 Φ # 4 G42 Φ # 4 G42

Refuerzo Transversal Φ # 3 G42 Φ # 3 G42 Alambrón Alambrón

Castillos

Dimensiones (cm) 13X20 13X20 6.5X10 6.5X10

Refuerzo Longitudinal Φ # 3 G42 Φ # 3 G42 Φ 5/32 G60 Φ 5/32 G60

Refuerzo Transversal Φ # 2 G25 Φ # 2 G25 Alambre rec. Alambre rec.

Dalas

Dimensiones (cm) 13X20 13X20 6.5X10 6.5X10

Refuerzo Longitudinal Φ # 3 G42 Φ # 3 G42 Φ 5/32 G60 Φ 5/32 G60

Refuerzo Transversal Φ # 2 G25 Φ # 2 G25 Alambre rec. Alambre rec.

Muro

Dimensiones(cm) 650 665 325 322.5

Piezas de tabique (cm) 5x13x25 5x13x25 3x6.5x12.5 3x6.5x12.5

Juntas d mortero (mm) 10-13 10-13 7.0 7.0

Refuerzo Horiz. Φ # 2 G60 Φ # 2 G60 Φ5/32 G60 Φ5/32 G60

Cuatro especímenes fueron ensayados. Dos de ellos, corresponden al diseño del edificio de 3 pisos y dos al edificio

de 6 niveles. Uno de cada tipo de especímenes cuenta con la mínima cuantía de refuerzo horizontal en las juntas

permitida por las Normas, el cual consiste de 1 barra de 5/35’’ Grado 60 a cada seis hiladas. Los especímenes fueron

construidos con piezas de tabique rojo recocido y tiene dalas y castillos en su perímetro y un castillo central,

necesarios para el anclaje del refuerzo horizontal. La configuración en planta de los edificios fue seleccionada de


manera que se obtuviesen muros largos ya que en la práctica son mayormente comunes. Los muros de los cuatro

especímenes tienen una relación de aspecto igual a 0.41. En las Figuras 2 y 3 se presentan las dimensiones globales

así con una vista en elevación del armado de los especímenes correspondientes al edificio de 3 y 6 pisos,

respectivamente. En la Figura 4 se muestra el detalle del refuerzo en trabes y columnas.

Figura 2. Vista en elevación de los especímenes correspondientes al edificio prototipo de 3 pisos.

Figura 3. Vista en elevación de los especímenes correspondientes al edificio prototipo de 6 pisos.

a) b) c) d) Figura 4. Sección trasversal de los elementos del marco. a) Columna MD3N, b) Trabe MD3N, c) Columna MD6N, d) Trabe

MD6N.



Marco de Carga

El protocolo de carga lateral utilizado fue el recomendado por las NTCM en su apéndice normativo para la

evaluación de sistemas a base de muros de mampostería. De tal manera que se aplicaron ciclos de carga y

deformación de la siguiente manera: Los dos primeros ciclos se aplicaron hasta un nivel del 25% de la carga de

agrietamiento estimada, los dos siguientes hasta el 50% de la misma y dos más con la carga de agrietamiento.

Posteriormente los ensayes se controlaron por distorsión con incrementos de 0.002, haciendo dos ciclos en cada

incremento. La carga lateral fue aplicada a través de dos arreglos de piezas, colocados uno por cada lado de

espécimen. Dos gatos hidráulicos de doble acción empujaron o tiraron el espécimen, trasmitiendo la fuerza por

medio de una camisa de acero, una pieza para dar aumento y un perfil W anclada al muro de reacción del laboratorio.

La carga se registró por medio de celdas las cuales fueron conectadas a cada gato y a la viga de carga lateral. Esta

viga es anclada a una losa colada monolíticamente con la trabe del espécimen. En la Figura 5 se muestra una vista en

planta del arreglo de piezas para la carga lateral.

Figura 5. Vista en planta. Arreglo de piezas para carga lateral.

Los muros diafragma suelen tener una baja demanda a cargas verticales. Un análisis de cargas gravitacionales sobre

los edificios prototipo fue realizado, con lo que se comprobó que casi el total de la carga (95%) es trasmitida a la

cimentación a través de las columnas. Para tal efecto, se realizó un análisis elástico con elemento finito utilizando

como herramienta el software ANSYS 11.0.

a) b)

Figura 6. Marco de Carga. a) Vista en elevación, b) Vista transversal. Arreglo de piezas para carga vertical.

La magnitud de la carga vertical sobre las columnas de cada espécimen fue determinada teniendo en cuenta este

análisis y procurando que el mismo esfuerzo actuara en cada espécimen. En este sentido, se aplicó sobre las


columnas de cada especímenes un esfuerzo de 40 kg/cm². La carga vertical fue aplicada de manera constante durante

el ensaye, por medio de un gato hidráulico de simple acción en cada columna, el cual al accionar, trasmite la carga a

una trabe colocada perpendicular al muro y ésta a su vez a dos tensores anclados a la cimentación a través yugos. El

gato fue colocado sobre una articulación, la cual permitió el libre giro del sistema de carga vertical cuando la carga

lateral actuó. Un esquema completo del marco de carga es presentado en la Figura 6, así como un corte transversal

del espécimen en el que se muestra el sistema de carga vertical.

Construcción de los Especímenes

Los especímenes fueron construidos a media escala. Sin embargo, debido al tamaño de los elementos, se utilizaron

materiales convencionales en la fabricación del concreto y el mortero. Las piezas de tabique fueron fabricadas

especialmente para este estudio de dimensiones promedio 2.4X6.3X12.4 cm.

La cimentación de los especímenes se realizó por medio de vigas de cimentación, las cuales fueron ancladas a la losa

de reacción del laboratorio. Las dimensiones de la cimentación fue de 45X100X440 cm. Un hexaedro en forma de

pirámide fue formado con poliestireno dentro de la cimentación con el objetivo de formar un hueco donde se

anclaron las columnas de los especímenes. Esto permitió la reutilización de la cimentación (Ver Figura 8.a)

Monolíticamente con la trabe, una losa de 10 cm de espesor y 50 cm de ancho fue colada, la cual serviría para

trasmitir la carga lateral. Para conectar mediante pasadores, la losa con la viga de carga lateral, orificios de ¾ de

pulgada espaciados a cada 25 cm fueron formados. Para ello, el uso de una platilla de acero fue necesario (ver

Figura 8.b).

Después de colado el marco, una dala de desplante fue construida sobre la cimentación. Los castillos, anclados en la

dala, fueron colados en contacto con las columnas y del lado opuesto con las piezas dentadas (ver Figura 8.c). A

medida que se avanzaba en la construcción del muro se extraían muestras de mortero y se construían pilas y muretes

con la misma mezcla (ver Figura 8.d). El colado de la dala de cerramiento de realizó de tal forma que tuviera

contacto con la trabe. El suministro de concreto se realizó a través de “bocas” en la cimbra colocadas a lo largo del

muro (ver Figura 8.e). Una vez fraguado, el exceso de concreto fue cortado.

Una placa con anclas de 3/8 de pulgada fue ahogada en la columna con la cual se sujetó el sistema de carga vertical

(ver Figura 8.f).

a) b)



c) d)

e) f) Figura 8. Etapas en la construcción de los especímenes. a) construcción de la viga de cimentación, b) Colado de trabe,

c) Pagado de piezas, d) Construcción de pilas y muretes, e) Colado de lada de cerramiento, f) Placa anclada a la columna.

Pruebas a Materiales

Se determinaron las dimensiones y el peso volumétrico de los materiales utilizados durante la construcción de los

especímenes. Se ensayaron 12 muestras de concreto a compresión consistentes de 3 cilindros de 15 cm de diámetro y

30 cm de altura. Se colocaron medidores de deformación a alguna de estas muestras, con lo que el módulo de

elasticidad fue determinado. Se ensayaron cubos y cilindros instrumentados de mortero con lo que se obtuvo la

resistencia a compresión del mortero y el módulo de elasticidad. La resistencia a compresión de las piezas fue

obtenida a través del ensaye de 10 unidades. Las propiedades mecánicas de la mampostería fueron determinadas por

medio del ensaye de pilas y muretes. Las pilas fueron formadas por 9 piezas con lo que se obtuvo una relación h/t

promedio igual a 4.53. Los muretes se construyeron con 10 hiladas de 2 piezas y media, con lo que sus dimensiones

promedio resultaron de 33.1X34.3 cm.

La Tabla 2 presentan los resultados de los ensayes a materiales utilizados en la construcción de los especímenes. En

la Figura 9 se muestra algunas pruebas a materiales.


Tabla 2. Propiedades de los materiales

Material Propiedades Mecánicas Valor

(kg/cm²)

Concreto

Resistencia a compresión del concreto en marco 201.13

Módulo de elasticidad del concreto en marco 202069

Resistencia a compresión del Concreto en dalas y castillos 157.40

Módulo de elasticidad del concreto en dalas y castillos 177343

Mortero

Resistencia a compresión promedio (f’j) 153.10

Resistencia a compresión de diseño (f*j) 104.40

Módulo de elasticidad 93882

Piezas Resistencia a compresión promedio (f’p) 95.38

Resistencia a compresión de diseño (f*p) 51.77

Mampostería

Resistencia a cortante promedio (vm) 5.42

Resistencia a cortante de diseño (v*m) 3.61

Resistencia a compresión promedio (fm) 34.01

Resistencia de diseño promedio (f*m) 24.74

a) b)

c)

Figura 9. Pruebas a materiales. a) Compresión de piezas, b) Compresión de cilindros de concreto, c) Compresión diagonal de muretes

RESULTADOS DE LOS ENSAYES

Especímen MD3N

Este especímen, correspondiente a un edificio de 3 pisos, cuenta con dalas y castillos en su perímetro y un castillo

intermedio con lo que se brinda total confinamiento a la mampostería. El ensaye inició colocando la carga vertical

sobre las columnas (12.250 toneladas sobre cada columna), la cual provoco la separación muro-marco por medio de



una fisura en las esquinas superiores del muro. La separación muro-marco fue marcadamente visible a niveles muy

bajos de carga lateral.

La Figura 10 muestra los ciclos de carga impuestos al especímen. Se observa que la rama de carga de cada ciclo es

una curva cóncava, la cual puede ser aproximada con una ecuación polinómica. La rama de descarga de cada ciclo

consisten en una “pinching curve”. También se puede observar que la curva cruza el lado positivo y negativo del eje

vertical por valores de carga vertical que varían de 1.09-1.96 y 1.37-2.25 toneladas, respectivamente.

Figura 10. Curva Histerética del Especímen MD3N.

a) b)

c) d)

Figura 11. Agrietamiento en especímen MD3N. a) Separación muro-marco, b) Detalle de falla en columna norte, c) Configuración de formada a γ=0.028, Configuración deformada a γ=0.036


En este muro, el primer agrietamiento ocurrió a una distorsión de +0.0006 en el panel norte (lado derecho de la

fotografía). En el panel sur, cuando la carga lateral fue invertida, la primera grieta ocurrió a la misma distorsión de -

0.0006. Estas primeras grietas se desarrollaron de manera inclinada en la zona central de ambos paneles. A medida

que el ensaye avanzó, una combinación de grietas horizontales e inclinadas surgió en el muro. La primera grita sobre

la trabe apareció a una distorsión de +0.001 del lado norte del especímen. Cuando la carga lateral fue invertida, a

una distorsión de -0.001, surgió una grieta inclinada del lado sur de la trabe. Enseguida, grietas horizontales cobraron

mayor importancia, las cuales fueron impedidas a desarrollarse de extremo a extremo del muro por el castillo

intermedio. El cizallamiento del castillo central ocurrió a través de una grieta horizontal en la zona superior del

muro. El concreto fue cruzado por la grieta a una distorsión de +0.024, correspondiente a carga máxima de

especímen, aunque el cizallamiento total del castillo ocurrió con la ruptura de las varillas, a una distorsión de

+0.0252 (ver Figura 11.c). En las equinas superiores del muro se formaron grietas inclinadas que conectaron con la

grieta horizontal que falló al castillo intermedio. Estas grietas cruzaron los castillos laterales y las columnas del

marco. El mecanismo de colapso del especímen se formó mediante una importante grieta en la columna norte (ver

Figura 11.b). El último ciclo correspondió a una distorsión de 0.036, cuando la columna norte del especímen se

encontraba a punto del colapso. La zona inferior de las columnas también sufrió aplastamiento y agrietamiento

considerables del concreto. Además ocurrió fluencia del refuerzo detectada por extensómetros colocados en el

armado de esa zona. La Figura 11 presenta un esquema de la evolución del agrietamiento desarrollado en el

especímen MD3N.

Especímen MD3NRH Este especímen, correspondiente a un edificio de 3 pisos, además de dalas y castillos, cuenta con refuerzo horizontal

en las juntas. El ensaye inició colocando la carga vertical sobre las columnas (12.250 toneladas sobre cada columna),

la cual provoco la separación muro-marco por medio de una fisura en las esquinas superiores del muro. La

separación muro-marco fue marcadamente visible a niveles muy bajos de carga lateral.

La Figura 12 muestra la curva de histéresis correspondiente al ensaye de especímen MD3NRH. Una curva cóncava y

una “pinching curve” corresponden a la rama de carga y descarga, respectivamente, de cada ciclo. Se observa

también que la curva cruza el lado positivo y negativo del eje vertical por valores de carga vertical que varían de

1.39-2.21 y 1.57-2.44 toneladas, respectivamente.

Figura 12. Curva Histerética del Especímen MD3NRH.

En este especímen, agrietamiento distribuido en el muro ocurrió, por lo que fue más difícil detectar la primera grita.

Pequeñas grietas fueron detectadas de tal manera que cruzaban tabiques de manera individual, las cuales más

adelante formarían un plano escalonado de falla. Estas grietas se desarrollaron en la zona central de ambos paneles a

una distorsión de +0.0008. A medida que el ensaye avanzó, una combinación de grietas horizontales e inclinadas

surgió en el muro. Del lado norte de la trabe, se detectó una grieta a una distorsión de +0.002. Enseguida, grietas



horizontales cobraron mayor importancia. Varios planos de falla horizontales intentaban cruzar el muro de extremo a

extremo, sin embargo el castillo intermedio brindó gran resistencia. En la altura media del muro se desarrolló la

grieta horizontal más importante, la cual logro cruzar el castillo central a una distorsión de +0.048. El acero de

refuerzo en el castillo no alcanzó la ruptura. Desde la base hasta a dos terceras partes de la altura de las columnas se

desarrollaron grietas por flexión distribuidas uniformemente (Ver Figura 13.b). Las primeras de ellas surgieron en la

base a una distorsión de ±0.008. El ensaye se detuvo a una distorsión de 0.048, cuando se detectó el mecanismo de

colapso formado en el especímen y la carga disminuyo un 66.9% respecto a la carga máxima alcanzada. El

mecanismo de colapso desarrollado consistió de grietas por cortante que cruzaron la unión trabe-columna en ambos

extremos del especímen. La resistencia máxima desarrollada por el especímen coincidió con la ruptura del refuerzo

horizontal (Ver Figura 13 a). Imágenes sobre la evolución del agrietamiento desarrollado en el especímen MD3NRH

se presentan en la Figura 13.

a) b)

c) d) Figura 13. Agrietamiento en especímen MD3NRH. a) Ruptura del refuerzo horizontal, b) Grietas por flexión en columna,

c) Configuración deformada a γ=0.028, Configuración deformada a γ=0.036 Especímen MD6N Este especímen, correspondiente a un edificio de 6 pisos, cuenta con dalas y castillos en su perímetro y un castillo

intermedio con lo que se brinda total confinamiento a la mampostería. El ensaye inició colocando la carga vertical

sobre las columnas (25.00 toneladas sobre cada columna).

La Figura 14 muestra la curva de histéresis correspondiente al ensaye de especímen MD6N. Una curva cóncava y

una “pinching curve” corresponden a la rama de carga y descarga, respectivamente, de cada ciclo.

En este especímen, el primer agrietamiento en el muro ocurrió a una distorsión de -0.0012. Enseguida, una

combinación de grietas inclinadas y horizontales se desarrollaron en el muro. Planos de falla horizontales intentaron

cruzar el muro de extremo a extremo, sin embargo el castillo intermedio brindó resistencia. El cizallamiento del

castillo central corresponde a la resistencia máxima desarrollada por el especímen (Ver Figura 15 a). El mecanismo

de falla desarrollado fue una grieta inclinada en el extremo norte de la trabe, la cual provocó la ruptura del refuerzo

longitudinal (Ver Figura 15 b). El ensaye se detuvo a una distorsión de 0.0511, cuando todas la barras del lecho


inferior de la trabe alcanzaron la ruptura y la carga disminuyo a un 65.3% respecto a la carga máxima. La Figura 15

presenta imágenes sobre la evolución del agrietamiento desarrollado en el especímen MD6N.

Figura 14. Curva Histerética del Especímen MD6N.

a) b)

c) d)

Figura 15. Agrietamiento en especímen MD3NRH. a) Detalle de falla del castillo intermedio b) Ruptura del refuerzo en trabe, c) Configuración deformada a γ=0.0335, Configuración deformada a γ=0.0511

Especímen MD6NRH

Este especímen, correspondiente a un edificio de 6 pisos, además de dalas y castillos, cuenta con refuerzo horizontal

en las juntas. El ensaye inició colocando la carga vertical sobre las columnas (25.00 toneladas sobre cada columna).



La Figura 16 muestra la curva de histéresis correspondiente al ensaye de especímen MD6NRH. Una curva cóncava y

una “pinching curve” corresponden a la rama de carga y descarga, respectivamente, de cada ciclo.

Figura 16. Curva Histerética del Especímen MD6NRH.

a) b)

c) d) Figura 17. Agrietamiento en especímen MD6NRH. a) Aplastamiento en la cara externa de la base de columna,

b) Aplastamiento en la cara interna de la base de columna, c) Configuración deformada a γ=0.040, Configuración deformada a γ=0.060


La separación muro-marco fue marcadamente visible a niveles muy bajos de carga lateral. En este especímen,

agrietamiento distribuido en el muro ocurrió. Las primeras grietas se desarrollaron de manera inclinada en la zona

inferior central del panel sur y en el centro del panel norte. Esto ocurrió a una distorsión de +0.0014. Inmediatamente

después, a una distorsión de +0.0016, agrietamiento en el extremo norte de la trabe (lado derecho de la fotografía)

ocurrió. A medida que el ensaye avanzó, una combinación de grietas horizontales e inclinadas surgió en el muro.

Planos de falla horizontales intentaron cruzar el muro de extremo a extremo, sin embargo el castillo intermedio

brindó resistencia. Una grieta horizontal logró cruzar la parte inferior del castillo intermedio a una distorsión de

+0.040. El ensaye se detuvo a una distorsión de 0.060, cuando se detectó el mecanismo de colapso formado en el

especímen y la carga disminuyo un 60.6% respecto a la carga máxima alcanzada. Aplastamiento del concreto en la

base interior y exterior de las columnas ocurrió, el cual fue provocado por el contacto con el muro y flexión de

miembro (Ver Figura 17.a y b). El mecanismo de colapso desarrollado consistió de grietas por cortante que cruzaron

la unión trabe-columna en ambos extremos del especímen. Un esquema de la evolución del agrietamiento en el

especímen MD6NRH es presentado en la Figura 17.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se presenta el analisis de los resultados obtenidos mediante la comparación de los parametros medidos durante las

diferentes pruebas.

La comparación de las envolventes de ciclos de los especímenes correspondienetes al edificio prototipo de 3 y 6

niveles se presentan en lan Figuras 18 y Figura 19, respectivamente. Se observa en las graficas de ambos pares de

especímenes que el primer agrietamiento en el muro y la rigidez inicial presentan valores tecnicamente iguales. En

los especimenes MD3N y MD3NRH la primera grieta se alcanzó a las 4.87 toneladas de carga lateral y la rigidez

inicial tuvo un valor de 105.7 ton/cm. En los especimenes MD6N y MD6NRH la primera grieta se alcanzó a las

11.66 toneladas de carga lateral y la rigidez inicial tuvo un valor de 114.7 ton/cm. La rigidez inicial fue calculada

como la pendiente de la recta secante que une el punto máximo del primer ciclo y el origen. Con base en lo anterior,

se deduce que el refuerzo horizontal no tiene inflencia en el comportamiento global del especímen antes del

agrietamiento.

Figura 18. Envolventes de ciclos de Especímenes MD3N Y MD3NRH.

Se observaron diferencias en el comportamiento global de los especimenes MD3N y MD3NRH a partir de valores de

carga y distorsion de 10.92 toneladas y 0.003, respectivamente. La Figura 20 muestra el nivel de daño en ambos

especímenes a una distorsión de 0.004. Se observa que en MD3N una grieta diagonal bien definida que cruza el

panel norte (lado derecho de la imagen) del muro. En el especímen MD3NRH se observa pequeñas grietas

uniformemente distribuidas en el muro.



La carga máxima fue alcanzada a una distorsion de 0.024 en ambos especímenes, correspondiente a valores de 15.11

ton y 19.78 toneladas para el MD3N y MD3NRH, respectivamente. Por lo tanto, en estos especimenes la

contribución del refuerzo horizontal fue de 4.67 ton, la cual correponde al 30.9% de la resistencia del muro sin

refuerzo. Los especímenes MD6N y MD6NRH alcanzaron su resistencia máxima a distorsiones de 0.0335 y 0.0240,

respectivamente. Estos especímenes desarrollaron resistencia a carga lateral tecnicamente iguales, cuyos valores

fueron 31.74 y 31.97 toneladas.

Figura 19. Envolventes de ciclos de Especímenes MD6N Y MD6NRH.

Similar comparación en el nivel de daño experimentado en ambos pares de especímenes puede ser realizado. El

nivel de daño desarrollado en los muros MD3N y MD3NRH a distorsión correspondinete a carga máxima puede ser

observado en la Figura 21. Se observa en el especímen MD3N un ancho de grieta mayor, además de aplastamieto en

las piezas. Tambien, mayor daño del castillo intermedio es observado.

La Figura 22 muestra que la relación de resistencia y rigidez muro/marco tiene influencia relevante en el

comportamiento global de las especímenes. Se observa que la resistencia y distorsión al agrietamiento y carga

última fue mayor en especímenes con menor relación rigidez muro/marco. Lo anterior es debido a que marcos más

robustos trasmiten las cargas al muro en un área de contacto mayor. Las envolventes de los especímenes sin refuerzo

se presentan en la Figura 2.a. Se observa que en el especímen con marco más robusto la resistencia al agrietamiento

y carga ultima fueron 2.39 y 2.10 veces, respectivamente, mayores que en el del marco menor robusto. En la Figura

2.b se muestran las envolventes de los especímenes con refuerzo en la juntas. Se observa que en el especímen con

marco más robusto la resistencia al agrietamiento y carga ultima fueron 2.40 y 1.62 veces, respectivamente, mayores

que en el del marco menor robusto.

El tamaño relativo entre muro y marco y el refuerzo en las juntas también tuvieron efecto en la capacidad de

deformación de los especímenes. De las gráficas envolventes se observa que el tamaño del marco y la presencia del

refuerzo contribuyen a una mayor capacidad de deformación.

La energía disipada ciclo a ciclo en cada especímen fue calculada. Se determinó que el uso del refuerzo horizontal

contribuyó a una mayor capacidad de disipación de energía. Se obtuvo que la energía acumulada en especímenes

reforzados fue 2.02 y 1.90 veces mayor que en especímenes MD3N y MD6N, respectivamente.


a) b)

Figura 20. Nivel de daño a una distorsión de 0.003. a) Especímen MD3N, b) Especímen MD3NRH.

a) b)

Figura 21. Nivel de daño a una distorsión de 0.024. a) Especímen MD3N, b) Especímen MD3NRH.

a) b) Figura 22. Comparación de envolventes de especímenes con diferente relación de resistencia y rigidez muro/marco. a)

Especímenes sin refuerzo, b) Especímenes con refuerzo.

CONCLUSIONES

La gráfica carga-distorsión característica de los especímenes ensayados consta de cuatro etapas: En niveles muy

bajos de carga, muro y marco trabajan como un solo elemento hasta que la fricción en el contacto muro-marco es

rebasada; a partir de que la separación muro-marco ocurre, el muro actúa como un puntal diagonal y dependiendo de

la rigidez relativa entre muro y marco podría ser el principal elemento para resistir la carga lateral; enseguida ocurre

el agrietamiento en el muro y el marco comienza a ser mayormente exigido; después de la carga máxima, empieza la

parte descendente de la gráfica producto del ablandamiento del material.



Las curvas de histéresis se caracterizan por que en cada lazo la rama de carga es una curva cóncava y la rama de

descarga cuenta con estrechamiento a partir de que ocurre el agrietamiento del muro. También se observa, ciclo a

ciclo, que la curva cruza el eje vertical a un nivel de carga aproximadamente constante, por lo que se forman dos

puntos nodales característicos, uno de cada lado del eje horizontal. Esto físicamente significa que se requiere aplicar

la misma carga lateral a cada espécimen para llevar desde la deformación plástica de un ciclo previo, a la posición

original del espécimen.

La contribución del refuerzo horizontal en la resistencia del sistema, depende de la rigidez relativa muro/marco, esta

se incrementa cuando la rigidez muro/marco se reduce. Además, el refuerzo horizontal contribuye a incrementar la

capacidad de distorsión y disipación de energía, lo cual no depende de la relación de rigidez muro/marco.

La dimensión de las columnas tiene un considerable efecto en la resistencia a corte del sistema. Esto es muy

relevante, ya que las NTCM-RCDF vigentes consideran que la resistencia a corte está dada solo por la resistencia del

muro.

AGRADECIMIENTOS

A la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Sinaloa, por brindar el equipo y las instalaciones del

Laboratorio de Estructuras para el desarrollo de los ensayes.

Al CENAPRED, por el préstamo de un sistema de adquisición de datos necesario para lectura de los diferentes

dispositivos de medición colocados en el ensaye de los especímenes.

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