muros de cortante de concreto ligero

SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERIA ESTRUCTURAL A.C.
115
MUROS DE CORTANTE DE CONCRETO LIGERO
DR. Diaz Coutiño Heriberto, M.I. Noriega Pico José Angel
RESUMEN
El objetivo del siguiente trabajo, fue construir y estudiar el comportamiento de muros elaborados con
materiales de bajo peso volumétrico y que puedan ser utilizados para tomar las fuerzas cortantes sísmicas
cuando estos muros se encuentren integrados a las edificaciones, o que sean como elementos principales para
soportar las cargas verticales y horizontales en edificaciones a base de muros, o bien, cuando se integren a
estructuras a base de marcos. Los muros se construyeron con dos concretos diferentes de los denominados
concretos ligeros, utilizando dos mezclas diferentes; la mezcla # 1 cuyo peso volumétrico fue de
γ = 1.62
y la mezcla # 2 fue de
γ = 0.83
ton
m3
ton
m3
A cada muro se le reforzó con dos castillos, situados en cada uno de sus extremos. Las mezclas fueron
elaboradas utilizando cemento normal Pórtland, como matriz cementante, y la diferencia en los pesos
volumétricos es consecuencia de otros componentes que se involucran.
Los muros tuvieron las siguientes dimensiones:
1x1x.10 mts.
Cada muro se apoyó en uno de sus lados, utilizando tornillos sobre una viga, para simular un empotramiento
(ver fig.#1) y se le aplicó una carga horizontal en el extremo opuesto al apoyo, simulando una fuerza sísmica.
La carga fue estática y monotónica y se utilizó un gato hidráulico cuya capacidad es de 30 toneladas. Se
colocaron micrómetros a diversas alturas para medir sus deformaciones laterales a diversas intensidades de
cargas.
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Puebla, Pue., México 2002
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2
100
5
8
10
36
1
1
62
2
3
100
3
9
6
7
4
4
Figura 1.- Muro de prueba, sistema de apoyo y gato hidráulico
El gato hidráulico se apoyó en muro de reacción, tal como se
indica en la figura.
1. Muro de reacción
2. Gato hidráulico
3. Muro de prueba
4. Vigueta IR de apoyo
5. Micrómetros
6. Conectores de cortante
7. Tornillos
8. Castillo
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MATERIALES
En las tabla 1 se presenta las propiedades Mecánicas de los materiales empleados para la elaboración de los
muros. La mezcla # 1 se utilizo para los muros M-1 y M-2, y la mezcla # 2 para los muros M-3, M-4.
Tabla 1 Propiedades mecánicas de los materiales utilizados en los muros
MEZCLA:
#1
#2
γ
3
Ton/m
1.62
0.83
σ prom.
kg/cm2
kg/cm3
110.5
33.26

13.05
fr
kgs/cm
14.0
9.46
2
E
kg/cm2
(1X104)
9.5X104
1.83X104
G
kgs/cm2
3.8X104
0.74X104
σ prom.= Esfuerzo promedio de compresión simple a los 28 días.
= Esfuerzo cortante directo a los 28 días.
E = Módulo de elasticidad.
Fr= Módulo de ruptura a los 28 días.
G = Módulo de cortante.
G = E/2(1+µ)
µ = .22 (estimado)
FIG. 2 Grafica Esfuerzo deformación a 28 dias
375
XIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural
Puebla, Pue., México 2002
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Fig. 3 Gráfica esfuerzo – deformación de la mezcla #2 a los 28 días
3
Tabla 2 Relación de carga - deformación en el muro M-1 a los 14 días γ=1.62 Ton/m .
CARGAS KGS.
620
1240
1560.11
2480.9
3101.2
3721.41
4341.69
5582.11
*6202.3
6822.6
**7442.8
Def. 1
(cm)
0.0051
0.0051
0.005334
0.019304
0.040640
0.075184
0.1143
0.136398
0.219964
0.29845
0.579371
Def. 2
(cm)
0.010
0.025
0.03073
0.039624
0.055880
0.077724
0.10668
0.123698
0.192024
0.24765
0.701294
Def. 3
(cm)
0.0127
0.022606
0.025654
0.032004
0.0381
0.052324
0.07112
0.080518
0.131064
0.16383
0.274574
Def. 4
(cm)
0.0051
0.007366
0.010414
0.034544
0.01016
0.014224
0.02032
0.022098
0.049784
0.07239
0.325374
*Inicio de una grieta (falla a cortante).
**Carga de falla del muro.
Tabla 3 Relación de carga deformación en el muro M-2 a los 28 días.
Def. 1
(cm.)
Def. 2
Def. 3
(cm.)
620
0.04191
(cm.)
0.03937
0.01143
Def. 4
(cm.)
0.00381
1240
0.05334
0.04572
0.01524
0.00254
1860.71
0.06731
0.05461
0.02159
0.00635
2480.9
0.08382
0.0635
0.02794
0.00762
Carga KGS.
3101.2
0.098806
0.075946
0.037846
0.009906
3721.41
0.128524
0.092964
0.049784
0.014224
4341.6
0.137922
0.094742
0.054102
0.016002
4961.9
0.165735
0.114935
0.066675
0.020955
5582.11
0.198628
0.140208
0.081788
0.025908
6202
0.233934
0.165354
0.096774
0.033274
6822.6
0.27813
0.19939
0.11811
0.03937
*7442.8
0.3175
0.23114
.13716
0.04826
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SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERIA ESTRUCTURAL A.C.
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*En este muro se presento una falla súbita con la carga señalada.
COMPORTAMIENTO DE MUROS ELABORADOS CON LA MEZCLA #2:
γ = 0.83 ton/m3
En este muro M-3 se inicia una grieta imperceptible cuando la fuerza es de 4346 Kg. En dirección de 45
grados. El revenimiento fue de 9cm.
Tabla 4 Relación carga – deformación del muro M-3.
MICRO.1
CARGA (kg.) (cm.)
775.294
0.0381
1550.588
0.0635
2325.881
0.1067
3101.176
0.1524
3721.411
0.2286
*4341.646
0.2794
4961.881
0.4140
5582.116
0.5410
6202.310
0.9398
MICRO.2
(cm.)
0.0279
0.0508
0.0838
0.1219
0.1803
0.2210
0.3340
0.4445
0.7874
MICRO.3
(cm.)
0.0178
0.0305
0.0533
0.0813
0.1245
0.1486
0.2286
0.3175
0.6019
MICRO.4
(cm.)
0.0051
0.0127
0.0241
0.0330
0.0533
0.0660
0.0965
0.1524
0.3734
*inicio de grieta
GRAFICA MURO M3-
CARGA
8000
KG. 6000
MICRO.1
4000
MICRO.2
2000
MICRO.3
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
MICRO.4
DEFORMACIONES EN CM.
Fig. 4- Relación carga deformación en los micrómetros en el muro M-3
ANÁLISIS DEL MURO M-4
γ = 0.83 TON/M3
En este muro se inicia una grieta imperceptible cuando la fuerza es de 4346 Kg, en dirección de 45
grados. El revenimiento fue de 10cm.
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XIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural
Puebla, Pue., México 2002
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Tabla 5 Relación carga – deformación en el muro M-4
CARGA
(kg.)
MICRO.1
(cm)
MICRO.2
(cm)
MICRO.3
(cm)
MICRO.4
(cm)
1085.569
0.0711
0.0508
0.0305
0.0127
1550.588
0.0876
0.0609
0.0394
0.0152
2325.881
0.1092
0.0813
0.0508
0.0203
3101.176
0.1422
0.1067
0.0711
0.0279
3721.411
0.2032
0.1499
0.0991
0.0381
*4341.646
0.2413
0.1803
0.1245
0.0483
4961.881
0.3429
0.2591
0.1778
0.0673
5582.116
0.4089
0.3073
0.2146
0.0851
6202.310
0.4978
0.3759
0.2591
0.1069
6822.587
0.5842
0.4445
0.3073
0.1270
* inicio de la grieta
GRAFICA M4-0.6
MICRO.1
MICRO.2
MICRO.3
MICRO.4
CARGA KG.
8000
6000
4000
2000
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
DEFORMACION CM.
Fig. 5 Relación carga – deformación en los micrómetros del muro M-4
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. 5 7
m á x .
. 3 1
. 7 0
m á x .
. 2 3
M - 1
. 2 7
. 1 3
. 3 2
M - 2
. 0 4 8
. 9 3 9 8
m á x .
m á x .
. 5 8 4 2
. 7 8 7 4
. 4 4 4 5
M - 3
. 6 0 1 9
. 3 7 3 4
. 1 2 2 0
R e l a c i ó n :
C a r g a s
e n
l o s
d e f a l l a
M U R O S .
. 2 9 8
m á x .
. 2 4 8
. 1 6 4
-
m á x .
d e f o r m a c i o n e s
. 2 0
M - 1
. 4 9 8
. 3 7 6
M - 3
M - 4
. 2 6
. 1 5 2
R e l a c i ó n :
M - 2
. 1 2
m á x .
. 3 1 8
f a l l a
. 0 3 9
. 5 4
. 4 4 5
d e
. 2 7 8
. 0 7 2
m á x .
M - 4
. 3 0 7 3
. 1 0 6
C a r g a s
e n l o s
F I G .
m a x i m á s - d e f o r m a c i o n e s m a x i m á s
M U R O S , p r e v i a s a l a f a l l a .
6 . -
R e l a c i ó n
c a r g a
-
d e f o r m a c i ó n
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Fig. 7 Fotografía donde se observa los micrómetros, el gato hidráulico y la falla del muro.
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OBSERVACIONES
•
Las resistencias a compresión simple σ de los materiales obtenidos con las dos mezclas, son
superiores a las especificadas en el Reglamento del D.F. respecto a los muros de tabique recocidos.
• La deformaciones medidas experimentalmente, en el rango elástico del comportamiento del material
son mayores al teórico, esto podría explicarse en las consideraciones hechas sobre el momento de
inercia I, que interviene en la expresión:
∆ = Ph3/3EI + Ph/Egl.
•
Los esfuerzos cortantes resistentes de los muros son superiores a los considerados en los muros de
tabique recocido y que son especificados en el reglamento del D.F.
•
En las pruebas de compresión simple y de cortante directo realizados sobre el material, se observó
que éstos materiales tienen una gran tenacidad, entendiéndose ésta, como la capacidad de acumular
gran cantidad de energía de deformación y en nuestro caso utilizando material de los muros, se
manifiesta en recuperar un alto porcentaje de resistencia bajo tres ciclos de cargas de falla como se
indica en la fig. 3, sin perder apreciablemente su resistencia.Además se han realizado pruebas en
otros cilindros de la misma mezcla, obteniéndose trece ciclos, observando una perdida del 50% de su
resistencia.
De acuerdo al valor de G, la rigidez lateral de los muros construidos con estos materiales es varias
veces mayor que en los muros de tabique recocido.
•
•
Respecto a los muros elaborados con la mezcla #2, se puede agregar que el peso volumétrico es
aproximadamente el 50% del obtenido en los muros de tabique recocido, teniendo esto mucha
importancia en el comportamiento sísmico de las estructuras. Al respecto, en las pruebas
preliminares que se han realizado con este material con un peso volumétrico de γ = 0.6 ton/m3
utilizado en la elaboración de losas de pequeños claros, han dado muy buenos resultados, aceptando
sobrecargas de aproximadamente 1100 kg/m2, a la falla.
De lo anterior, puede deducirse las siguientes :
CONCLUSIONES
Aunque los resultados, pueden considerarse apenas como avances preliminares y se requiere aún,
bastante trabajo de investigación sobre el tema, es necesario considerar los siguientes puntos:
•
Es posible considerar estos materiales para la construcción de muros de cortante, para mejorar la
respuesta sísmica en las edificaciones, pues reduciría la magnitud de las acciones sísmicas sobre ellas
y se incrementaría varias veces su resistencia a cortante.
•
Estos muros desempeñarían la función de fusibles ante la acción sísmica, representando la primera
línea de resistencia y que podrían ser fácilmente removidos y restituidos si así se amerita, una vez
que ha pasado el evento sísmico.
•
El sistema estructural principal, columnas y vigas se conservaría relativamente intacto, si
estos muros se integran debidamente y en proporciones adecuadas.
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