Universidad Autónoma del Estado de México
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Universidad Autónoma del Estado de México Facultad de Ingeniería Análisis de ciclo de vida (LCA) y aspectos medioambientales en el diseño estructural: estudio de caso y propuestas básicas TESIS Que para obtener el grado de: Maestro en Ingeniería (Área terminal: Estructuras) Presenta: Elizabeth Adriana Valdez Medina Director de Tesis: Dr. Horacio Ramírez de Alba Toluca, México, Agosto 2010 UAEMéx- Ingeniería Civil RESUMEN ......................................................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 3 CAPÍTULO I: Antecedentes ................................................................................................................ 8 Problemática ............................................................................................................................................. 11 CAPÍTULO II: Caracterización de la vivienda de interés social. ......................................................... 13 Construcción Sustentable.......................................................................................................................... 13 Criterios Sustentables y Principio de Sustentabilidad............................................................................... 13 Principales materiales utilizados en las viviendas de interés social en el Estado de México ................... 15 CAPÍTULO III: Materiales ................................................................................................................. 24 Pruebas Realizadas a los materiales......................................................................................................... 26 Resistencia de los materiales elaborados en el Estado de México .......................................................... 26 CAPÍTULO IV: Análisis de caso ........................................................................................................ 34 Revisión estructural para los diferentes materiales utilizados en los muros. .......................................... 37 Aspectos reglamentarios en la estructuración ......................................................................................... 37 Revisión del sistema estructural usando diferentes materiales ............................................................... 40 Análisis de Costos ...................................................................................................................................... 45 CAPÍTULO V: Aplicación del Método Montecarlo ............................................................................. 49 Cálculo de la curva pushover para los diferentes sistemas ...................................................................... 49 Generación de acelerogramas sintéticos .................................................................................................. 49 Método del puntal diagonal equivalente .................................................................................................. 51 Caracterización de los estados de daño .................................................................................................... 57 Análisis probabilista de los estados de daño para diferentes intensidades de sismo .............................. 61 Vida útil de las estructuras ........................................................................................................................ 73 CAPÍTULO VI: Análisis de las emisiones contaminantes en la vivienda de interés social. ................... 76 Análisis de cargas energéticas del prototipo de vivienda de interés social a partir de los diferentes materiales .................................................................................................................................................. 76 LCA Software ............................................................................................................................................. 77 Evaluación del impacto del Ciclo de Vida .................................................................................................. 78 Análisis de ciclo de vida para cada uno de los sistemas de mampostería propuestos............................. 85 Comparación entre los diferentes materiales........................................................................................... 97 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES. .........................................................................................101 Conclusiones............................................................................................................................................ 101 Recomendaciones ................................................................................................................................... 105 I UAEMéx- Ingeniería Civil REFERENCIAS .................................................................................................................................107 ANEXO A........................................................................................................................................113 Proceso de fabricación de los principales materiales ............................................................................. 113 Morteros y concretos .............................................................................................................................. 113 Proceso de Fabricación ........................................................................................................................... 113 Bloques diversos y piezas cerámicas ....................................................................................................... 115 Tabicón y Tabicón .................................................................................................................................... 115 Tabique rojo recocido ............................................................................................................................. 117 Adobe ...................................................................................................................................................... 120 Piezas Cerámicas (Novaceramic) ............................................................................................................. 123 Acero ....................................................................................................................................................... 124 Cimbras .................................................................................................................................................... 125 ANEXO B ........................................................................................................................................126 Revisión de los muros por medio del programa ANEM gcW .................................................................. 126 Análisis de cargas en la estructura .......................................................................................................... 126 ANEXO C ........................................................................................................................................185 Análisis de costos para los diferentes sistemas ..................................................................................... 185 ANEXO D .......................................................................................................................................194 Características medioambientales y riesgos en la salud por los materiales de construcción en edificaciones ............................................................................................................................................ 194 Generación de residuos debidos al proceso de Construcción ................................................................ 194 Desechos Generados del Uso de Diversos Materiales en Diferentes Etapas Constructivas ............ 195 ANEXO E ........................................................................................................................................198 Planos Estructurales ................................................................................................................................ 198 ANEXO F ........................................................................................................................................200 Problemática de la industria cementera y los principales contaminantes en la industria de la construcción ............................................................................................................................................ 200 II RESUMEN | Análisis de ciclo de vida y aspectos medioambientales en el diseño estructural UAEMéx- Ingeniería Civil RESUMEN Este trabajo de tesis tiene su justificación en el hecho de que la industria de la construcción es de las que más afectan al medio ambiente. Por lo que resulta útil investigar sobre la relación entre las características estructurales de una obra y los consumos energéticos involucrados. Se estableció como objetivo general analizar y avaluar las partes de la ingeniería estructural referentes al diseño, comportamiento y durabilidad de la vivienda de interés social que más influyen en el impacto al medio ambiente para las cuatro tipologías estructurales de mayor uso en el Estado de México. La metodología seguida considera: a) La definición de la zona de estudio, b) Mediante encuestas y observación directa en conjuntos habitacionales representativos conocer las principales tipologías estructurales y sus características, c) Establecimiento de un prototipo de vivienda representativo y su estudio estructural que incluye la determinación experimental de las características de los materiales, el análisis y el diseño estructural de las cuatro tipologías más usuales, el análisis del proceso constructivo para identificar los principales contaminantes, d) Definir la vida útil para las tipologías estructurales estudiadas lo cual incluye el análisis de vulnerabilidad considerando el estado real de las viviendas, el cálculo del índice de daño probable con el método de Montecarlo y con ello calcular la probabilidad de daño para diferentes escenarios de intensidad sísmica, e) el análisis energético con el método de las BEES para las tipologías estructurales y su relación y su relación con su comportamiento estructural esperado. Al aplicar la metodología se obtuvieron resultados de cada una de las etapas de los cual se generaron tablas y graficas, destacando: características de la vivienda en la zona de estudio, propiedades mecánicas de los materiales, planos estructurales de prototipo de vivienda, así como costos totales y relativos, el análisis de sensibilidad, curvas de capacidad, la probabilidad de daño esperada, la vida útil relativa y el análisis de impacto ambiental. Al analizar los resultados obtenidos se obtuvieron las principales conclusiones: 1. Se analizó la problemática de la vivienda en cuanto a su afectación al medio ambiente y se definieron los principios de sustentabilidad en la vivienda. 2. Se detectaron las propiedades mecánicas los materiales; por ejemplo la resistencia a compresión resulto de 4.63 kg/cm2 para el adobe, de 26.2 kg/cm2 para el tabique, 32.3 kg/cm2 para las piezas extruidas y 17.5 kg/cm2 para el tabicón. 3. Se calcularon los costos relativos resultando mayor el de las piezas extruidas, tomándolo como un 100%, seguido por el tabique (97.6%) y el tabicón (89.4%). 4. Se calcularon las curvas de capacidad mostrando que el sistema más resistente resultó ser el de las piezas cerámicas seguido del tabique, en cuanto a la ductilidad las piezas cerámica presentaron un mejor comportamiento. 5. El análisis de sensibilidad permitió establecer que la intensidad sísmica y la resistencia de los materiales son las variables que más influyen en la durabilidad. 1 UAEMéx- Ingeniería Civil 6. Se calcularon las curvas de fragilidad y las matrices de probabilidad de daño y con ello la vida útil relativa, resultando la mayor para las piezas cerámicas (100%), seguida del tabique (98.3%), tabicón (90.2%) y adobe (44.9%). 7. Del análisis de cargas energéticas se observó que el adobe es el que menos contamina, pero tiene el inconveniente de su baja resistencia, por lo que es necesario investigar formas para mejorar el comportamiento estructural sin afectar significativamente sus ventajas ambientales. 8. Al considerar los aspectos estructurales y ambientales, se puede decir que el tabique es, de los materiales que presentaron buena resistencia, el que contamina menos además, en base a los resultados aquí reportados, se establece que, en lo referente a depreciaciones, costos y aún resistencia, presenta muy buenos indicadores. 2 UAEMéx- Ingeniería Civil INTRODUCCIÓN En las últimas décadas, la relación entre la humanidad y el medio ambiente se ha hecho más evidente. De hecho, con el tiempo la preocupación y la activa participación de los ciudadanos en cuestiones ecológicas y del medio ambiente es cada vez más intensa. Más recientemente el vínculo de las cuestiones sociales y económicas está llevando a un nuevo paradigma llamado la sustentabilidad. Debido a lo anterior resulta clara la necesidad de hacer trabajos de investigación para estimar la afectación al medio ambiente de las construcciones, en este caso las relacionadas con la vivienda y en particular establecer parámetros en el proceso de diseño con este fin. Las obras de Ingeniería Civil, y en particular la construcción de viviendas no escapan a este panorama pues los materiales de construcción para su fabricación consumen cantidades importantes de energía y se emiten volúmenes importantes de contaminantes como subproductos, en este caso están el cemento, el ladrillo (tabiques) y el acero, por ejemplo. También es importante considerar que al término de su vida útil, las construcciones pueden representar afectaciones importantes al medio ambiente si los materiales no se pueden reciclar o la operación de reciclaje implica un alto costo, además de consumos de energía importantes. Por otra parte el sector de la construcción tiene una gran influencia sobre el total de los consumos de recursos naturales y de las emisiones producidas en un país, con el consecuente impacto sobre el ambiente, que se manifiesta por ejemplo en el agotamiento de los recursos naturales, calentamiento global, lluvia ácida, smog, acumulación de residuos. Sin incluir la variable ambiental en este análisis, el escenario se puede obscurecer aún más, ya que la mayor parte de los países en vías de desarrollo presentan un rápido deterioro de su riqueza ambiental, poseen instituciones débiles y escasa o nula información, monitoreo y análisis ambiental. Por lo tanto, si se dieran todas aquellas anheladas circunstancias que permitieran la mitigación del problema habitacional, aún quedaría por resolver el problema del consumo de recursos y la generación de residuos. Es necesario buscar las alternativas constructivas más eficientes, económicas y benignas desde el punto de vista ambiental, para lograr, desde el diseño de las viviendas, el objetivo del desarrollo sustentable y de la mejora de la calidad de vida. En este sentido adquiere gran importancia la elección de los materiales que se utilizan en la construcción de las viviendas, ya que pequeñas mejoras comparativas que se obtengan en ellos pueden determinar un notable impacto, al considerar la gran cantidad empleada en un edificio, y la enorme cantidad de viviendas requeridas cada año. Para ello se han desarrollado diferentes instrumentos con el fin de reducir este problema. El análisis del ciclo de vida es uno de estos instrumentos, que permite llevar a cabo las evaluaciones que comprende los impactos ambientales ocurridos durante todas las etapas del ciclo de vida del sistema evaluado. Por lo tanto sumando lo antes establecido se justifica realizar estudios que permitan cuantificar las emisiones toxicas desprendidas al medio ambiente de los diferentes sistemas estructurales relacionados con la vivienda, y a partir de ello establecer si es necesario condicionar los procesos mediante lineamientos o recomendaciones en la etapa de diseño, principalmente en lo 3 UAEMéx- Ingeniería Civil relacionado con la concepción de la forma estructural, los materiales componentes y sus características globales; aspecto que en la literatura se llama “estructuración”. Tomando en cuenta lo anterior y para contribuir en la búsqueda de soluciones se plantea realizar este trabajo enfocado al estudio de cargas energéticas de diferentes tipologías estructurales aplicadas a la vivienda de interés social, partiendo de la estimación de la vida útil considerando los parámetros más significativos como son la ocurrencia de sismos y el comportamiento estructural de los materiales componentes. El objetivo general que se persigue es analizar y evaluar las partes de la ingeniería estructural referentes al diseño, comportamiento y durabilidad en la construcción de vivienda de interés social que más influyen en el impacto al medio ambiente para las cuatro principales tipologías estructurales convencionales en la zona centro de México, para de esta manera identificar la tipología que presenta mayor durabilidad y que tiene menores índices de afectación al medio ambiente. Adicionalmente se buscan establecer criterios y recomendaciones para mitigar la afectación al medio ambiente de proyectos de desarrollo habitacional. Los objetivos específicos son los siguientes: 1. Identificar los materiales de uso común en la vivienda de interés social y proponer las cuatro tipologías más representativas. 2. Realizar pruebas a los materiales con el fin de conocer sus propiedades mecánicas y su variación. 3. Proponer un prototipo que represente la vivienda de interés social en la zona de estudio. 4. Realizar el diseño estructural del prototipo para las cuatro tipologías. 5. Calcular la vida útil de cada tipología mediante un análisis probabilista incluyendo el peligro sísmico. 6. Realizar el análisis de cargas energéticas que permita comparar las tipologías. Como meta se tiene identificar los componentes de los materiales que más influyen en la emisión de contaminantes y proponer algunas recomendaciones para mitigar este problema. Como alcances del trabajo se considera sólo la zona del Estado de México y se analiza la vivienda sólo en su fase de estructuración. Los registros sísmicos utilizados para generación de los acelerogramas sintéticos son de sismos con epicentro en el Estado de Guerrero. Para el cálculo de la durabilidad no se tomaron en cuenta efectos de fenómenos hidrometeorológicos, ni de asentamiento y/o hundimientos. Para alcanzar los objetivos planteados y tomando en consideración que en términos generales se busca la descripción de los flujos de materia y de energía consumidos, se tomó como marco de referencia la norma ISO 14040 que marca las principales etapas para el Análisis de Ciclo de Vida, que son: Definición de objetivos y alcance. Inventario. 4 UAEMéx- Ingeniería Civil Evaluación de Impactos. Interpretación. De esta manera la aplicación al presente trabajo de tesis, se enuncia con la metodología siguiente: 1. Definición de la zona de estudio. 2. Encuesta para conocer los principales materiales usados en la zona y detectar los sistemas estructurales más frecuentes de los cuales se tomaron los cuatro sistemas más representativos 3. Definición del prototipo de vivienda de interés social y su análisis holístico para los cuatro sistemas estructurales en estudio, lo que incluye: a. Identificación de los contaminantes emitidos en la fase de extracción de la materia prima de los materiales para construcción. b. Identificación de los contaminantes emitidos en la fabricación y puesta en obra de los materiales para la construcción. c. Pruebas de laboratorio para evaluar la resistencia de los materiales para inferir sus variaciones de las propiedades mecánicas. d. Análisis y diseño estructural para cada uno de los sistemas estructurales. e. Análisis detallado del proceso constructivo, así como el análisis de costos para cada uno de los sistemas estructurales 4. Evaluar la vida útil de las estructuras para cada una de las propuestas, lo que implica: a. Análisis de vulnerabilidad de las viviendas en estudio, tomando en cuenta la zona en la cual están asentadas, de acuerdo a los siguientes puntos: i. Encuesta para conocer las principales deficiencias constructivas que pudieran afectar la vida útil de las estructuras. ii. Propuesta de un espectro de respuesta para sismos representativos de ocurrencia frecuente, ocurrencia ocasional, rara y muy rara, en la ciudad de Toluca. Esto con base en datos de investigaciones hechas previamente en la FI UAEM. iii. Con base en lo anterior se calcula el desplazamiento de los diferentes niveles de la estructura por medio de un análisis modal espectral, variando la rigidez de acuerdo al material empleado y con los datos del estudio de laboratorio hecho previamente. iv. Se calcula el índice de daño en función del desplazamiento obtenido por medio de un análisis de simulación de Montecarlo donde las variables denominadas como “supuestos” son la rigidez que depende de los materiales (ya que la estructuración es la misma para todas las casas) así como las cargas, el tipo de espectro de respuesta el cual depende de la probabilidad de ocurrencia de los sismos antes mencionados, entre otras. v. Con los resultados del análisis de Montecarlo se realiza el análisis de sensibilidad el cual sirve para saber cuál es la variable que más influye en la durabilidad de las viviendas y cuál podría ser omitida sin que los resultados se vieran afectados. b. Una vez calculado el índice de daño global se procede a calcular la probabilidad de daño referido a los rangos: leve, moderado, severo, muy severo. c. Con el análisis anterior se estará en la posibilidad de calcular la vida útil relativa, para 5 UAEMéx- Ingeniería Civil cada uno de los sistemas estructurales propuestos. 5. Finalmente, con la vida útil ya calculada y la identificación de las emisiones toxicas en cada una de las etapas, se realiza el análisis energético para cada uno de los sistemas estructurales en donde se identifica cuales son los sistemas estructurales que más dañan al medio ambiente, en función de un mayor consumo energético. El trabajo se organizó de la siguiente manera: En el primer capítulo se describen de manera general algunos de los trabajos que preceden al presente estudio, como son trabajos hechos en esta universidad y en otras universidades. También se analizan las normas ISO relacionadas, con el fin de contar con más elementos y con ello elaborar el análisis de la problemática que representa la construcción de vivienda de interés social, en términos del impacto ambiental. En el capítulo dos se presenta la definición de construcción sustentable y los criterios a seguir. De manera más puntual se analizan las principales características en la vivienda de interés social en el Estado de México; lo que incluye: materiales usados, superficie construida, tipos de cimentación, entre otras; esto con el fin de proponer el prototipo que se analizará de acuerdo a los objetivos del trabajo. Con base en los resultados del capítulo dos, en el capítulo tres se hace el análisis detallado de los materiales, teniendo como objetivo conocer los procesos para su fabricación, los insumos que requieren, su composición química y las propiedades mecánicas; aspectos que servirán de base tanto para el análisis de cargas energéticas, como para la aplicación del método de Montecarlo en el cálculo de la vida útil. El capítulo cuatro contiene el diseño estructural del prototipo de vivienda para cuatro diferentes sistemas estructurales determinados por los materiales utilizados, dichos sistemas son analizados por medio del programa ANEM gcw en donde se revisan como estructuras a base de muros carga, como lo marcan los lineamientos del Reglamento de Construcciones para Distrito Federal y sus Normas Técnicas Complementarias. Este capítulo incluye el análisis de costos que enmarca el costo total y neto para cada uno de los sistemas, considerando únicamente costos directos y para precios de enero de 2010. Es conveniente aclarar que tanto el capítulo cuatro como el tres dependen en gran medida de los resultados obtenidos en el capítulo dos, que es donde se establecen las pautas para la propuesta del prototipo de vivienda de interés social que será analizado. El capítulo cinco retoma los resultados de los tres capítulos anteriores y con base en estos se elaboran curvas de probabilidad que representan las propiedades mecánicas de los diferentes materiales. Con las mismas técnicas se elaboran curvas de probabilidad para las cargas y la ocurrencia de sismos. Para incluir el peligro sísmico en el análisis de Montecarlo primero se proponen acelerogramas, con diferentes magnitudes, de sismos ocurridos en la brecha de Guerrero, para posteriormente calcular los acelerogramas sintéticos que afectarían al Estado de México. Con estos acelerogramas se calcula el espectro de respuesta, con el programa SAP 2000 en su modalidad de análisis no lineal, para ello se 6 UAEMéx- Ingeniería Civil modela la estructura con el método de la diagonal equivalente. Para cada uno de los sistemas propuestos se y se determina el nivel de desplazamiento, a la par se calcula el espectro de capacidad (curva pushover en términos del desplazamiento por la aceleración espectral) y se identifican los umbrales del estado de daño y desplazamiento para cada acelerográma. Como se explicará en su oportunidad en este trabajo de tesis sólo se presentan los gráficos con los resultados más importantes, y no todo el procedimiento ya que, por su extensión, podría desviar la atención del enfoque principal del capítulo que es conocer la vida útil de cada sistema. El método de Montecarlo se ocupa para calcular el daño esperado en los diferentes sistemas, con base en curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño. Este análisis es importante para el presente trabajo ya que con estos resultados se calcula la vida útil relativa de los diferentes sistemas, y así poderlos comparar de una manera más objetiva en el análisis de cargas energéticas. En el capítulo seis se identifican, de manera general, las emisiones toxicas que se presentan en la fase de construcción, que resultan importantes para realizar el cálculo de las cargas energéticas para esto se utiliza el programa denominado Sima Pro 0.7 basado en el método de las BEES (Building for Environmental and Economic Sustainability) el cual fue desarrollado para analizar ciclos de vida referentes al sector de la construcción y realizado conforme a lo que marca la Norma ISO para el cálculo de Análisis de Ciclo de Vida. Finalmente en el capítulo siete se establecen las principales conclusiones y recomendaciones que se desprenden del desarrollo del trabajo destacando la propuesta de materiales alternativos en la utilización de acabados en la vivienda y la propuesta de cambio procedimientos de fabricación en algunos otros materiales usados en la construcción. 7 UAEMéx- Ingeniería Civil CAPÍTULO I: Antecedentes El tema de la sustentabilidad de la actividad constructiva ha sido estudiado desde hace varias décadas, como por ejemplo, el impacto ambiental de las estructuras de concreto reforzado (Glavind, 2005), pero su aplicación se ha dado principalmente en los países que cuentan con normativas muy estrictas al respecto. En México ha sido poco el trabajo de investigación y las aplicaciones. Actualmente se destacan como puntos importantes los siguientes: El logro de construcciones sustentables puede resultar en ahorros económicos y en el mejoramiento de la calidad. Ambos, la industria y el ambiente, serán beneficiados al incorporar en los procesos los conceptos de sustentabilidad. La sustentabilidad y la durabilidad deben ser considerados de forma conjunta. Lo anterior permite resumir que la aplicación adecuada y rigurosa de los conocimientos de la ingeniería estructural y de construcción como son: materiales de propiedades mecánicas adecuadas, durables y de bajo impacto ambiental, estudio del comportamiento estructural esperado y principalmente la prevención de daños por medio de un mantenimiento efectivo, dan lugar a construcciones durables, seguras y de menor afectación al medio ambiente. Lo contrario, es decir, una construcción mal diseñada y mal construida, da lugar a una disminución en la vida útil, mantenimiento costoso y por lo tanto con mayor afectación al medio ambiente. En la Facultad de Ingeniería de la UAEM se han realizado varias investigaciones sobre vivienda de las cuales ocho se refieren de forma complementaria a temas relacionados con el medio ambiente. Sin embargo no hay antecedentes de un trabajo como el que aquí se propone basado en el concepto de análisis de ciclo de vida. A nivel mundial se han hecho varios trabajos en cuanto a las repercusiones ambientales en los procesos de fabricación de los materiales, principalmente en la producción de cemento, llegando a definir cementos “verdes” que son aquellos con inclusiones de materiales naturales que reducen los consumos de energía y las emisiones de bióxido de carbono (CO2). Algunos de los trabajos que se consideran representativos son los de las referencias (Li, 2003) y (Naik, 2005). En esta última se establece que antes de hacer cualquier construcción, todos los aspectos de los materiales de construcción deben ser evaluados incluyendo aquellos relacionados con la afectación al ambiente, y se asegura que el uso de cementos mezclados y aditivos químicos debe incrementarse para lograr la sustentabilidad de la industria del cemento y del concreto. También se consultaron trabajos enfocados al reciclado de los materiales y la reutilización de los subproductos. En la referencia (Jones, 2005) se propone la utilización de productos de demolición en la fabricación de bloques para su uso en construcciones de mampostería. En la referencia (Whyte, 2005) se propone una guía práctica para asistir en la determinación de “mejores opciones para soluciones ambientales” para el uso de desechos de demolición. En la Universidad Tecnológica de Delf (Hendriks, 2005) se han desarrollado varios procedimientos para determinar el grado de sustentabilidad y se 8 UAEMéx- Ingeniería Civil establece que la idea básica es que los conceptos relacionados con el cuidado al medio ambiente y la durabilidad de las construcciones deben considerarse juntos. Sin embargo, en lo relacionado a como tomar en cuenta el medio ambiente en el comportamiento y diseño de las estructuras hay pocos trabajos. Por ejemplo en la referencia (Struble, 2003) se estudiaron trabes de concreto reforzado y de acero por medio del programa ATHENA encontrando que la trabe de concreto reforzado implica menor impacto al medio ambiente que la de acero para igualdad de condiciones geométricas y de carga. En la referencia (Pooliyaddi, 2005) se estudia la relación de la energía de construcción y la energía de operación anual, y se reporta que para climas fríos esta relación se encuentra entre 3 y 6, en climas templados entre 9 y 12 y en climas tropicales entre 15 y 30. Se concluye que la energía implícita en la construcción (embedded energy) resulta muy importante en zonas donde no se usa el aire acondicionado o su uso es restringido. Se encontró también que los sistemas estructurales de concreto reforzado o presforzado tienen menor demanda energética que las estructuras metálicas. Lo anterior podría dar lugar a establecer que deberían utilizarse las estructuras de concreto reforzado en lugar de las de acero, sin embargo los resultados hasta ahora existentes no son suficientes. Por otra parte, en Estados Unidos (Bowyer, 2001) se han desarrollado trabajos basados en el análisis de ciclo de vida para establecer el impacto ambiental de tipologías de vivienda utilizados en ese país sobre todo de madera, y los resultados se comparan para diferentes regiones geográficas y considerando diferentes procesos constructivos, los resultados son útiles pero de hecho no son aplicables en México por tratarse de tipologías estructurales diferentes y además por la energía de operación y mantenimiento que es muy diferente en estos países. Por otro lado al tomar en cuenta la metodología del Análisis de Ciclo de Vida conviene transcribir lo establecido por Struble, L. (2003)"El Análisis del Ciclo de Vida - LCA - es un proceso objetivo para evaluar las cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad, identificando y cuantificando el uso de materia y energía así como los residuos que genera. El estudio del análisis de ciclo de vida tiene en cuenta las etapas de: extracción y transformación de materias primas; producción, transporte y distribución; uso, reutilización y mantenimiento, y reciclado y disposición final del residuo". Este tipo de estudios se inicio a principios de la década de los setenta, los cuales fueron motivados fundamentalmente por las crisis del petróleo. Se llevaron a cabo diversos estudios energéticos en los que se valoraba la eficiencia de determinadas fuentes de energía. Más adelante se incorporaron nuevos conceptos como el consumo de recursos naturales, emisiones atmosféricas, emisiones al agua o la generación de residuos. Existen normas de carácter voluntario para realizar un estudio de LCA. Se trata de las normas de ámbito internacional; entre las más representativas están: ISO 14040:1998 “ Gestión medioambiental, LCA, Principios y estructura”; ISO 14041: 1998 “Gestión medioambiental, LCA, Definición del objetivo y alcance y el análisis de inventario; ISO 14042: 2000 Environmental management LCA- LCIA (Life Cycle Impact Assesment), ISO 14043: 2000 Environmental management, LCA- LCI (Life Cycle Interpretation). 9 UAEMéx- Ingeniería Civil Como ya se mencionó, en la Facultad de Ingeniería de la UAEM no se han registrado trabajos de manera formal que traten esta línea de investigación aplicados al estudio de la vivienda. El único trabajo sobre el tema en esta institución lo desarrolló la Mtra. Blanca Iris Romero Rodríguez (Catedrática de la Facultad de Ciencias Químicas e Ingeniería de la UAEM), quien realizó un estudio de Análisis de Ciclo de Vida dentro del marco de la Gestión Ambiental. En otras Universidades como el Instituto Politécnico de Madrid (Cardim, et.al. 2000) y la Universidad Nacional del Nordeste (Bannon,1995) , entre otras, se han desarrollado investigaciones a nivel doctoral, en las que se abordan temas relacionados con el reciclaje y reutilización de residuos de construcción y demolición, con el fin de conocer la procedencia, volumen, composición general y destino de los mismos; todo esto aplicado a vivienda y obra civil. Un compendio de trabajos referentes al análisis de ciclo de vida con enfoque en el sector de la construcción, realizado en España, puede ser consultado en la página de internet http://www.csostenible.net/es_es/ , la cual lleva por título agenda de la construcción sostenible; dentro de los temas clave tiene materiales y ciclo de vida de los edificios. Este último apartado trata de las edificaciones más comunes en España, así como los materiales más usados en esa zona, por lo que sería difícil aplicar estos estudios a México, ya que requieren un carácter más puntual. Otros trabajos realizados también en España son las tesis Doctorales de la Lic. María de los Ángeles Ferraro, con título “Análisis de Ciclo de Vida del Proyecto”1 y la realizada por José Antonio Seijas “El análisis de ciclo de vida aplicado a los materiales de construcción: El granito de la comunidad de Madrid”2. En el primer trabajo se describe como realizar un análisis de ciclo de vida desde un enfoque en la administración de empresas, aplicado no sólo al sector de la construcción sino a las empresas en general, desde la concepción del proyecto. El segundo trabajo está más enfocado al sector de la construcción; las prácticas de construcción que describe, así como los materiales y las afectaciones de la estructura, son con matices con referencia local por lo que la información que proporciona es útil en cuanto a la metodología, pero no puede ser aplicada al caso de México por no tener características similares. Se pueden seguir enumerando trabajos consultados realizados en otras zonas, pero sería difícil su aplicación al caso de México y más propiamente dicho al caso de la vivienda de interés social en el Estado de México. La preocupación por la carencia de esta información adquiere importancia nacional por lo que se emiten convocatorias por parte de Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) y Consejo Nacional de Vivienda (CONAVI), para mitigar dicha carencia; el presente forma parte de de una propuesta de investigación presentada a CONAVI, para la aplicación del Análisis de Ciclo de Vida a la vivienda de interés social en el Estado de México. Dicha propuesta de investigación fue aprobada y se encuentra en su etapa final, los objetivos de la investigación se centraron en el estudio de procesos de fabricación, emisiones contaminantes provenientes de las fases de construcción, materiales utilizados en la región, entre algunos otros, para tratar el análisis de cargas energéticas y el análisis de ciclo de vida de manera que los resultados puedan ser aplicados al Estado de México, por tal motivo se considera de gran utilidad el presente trabajo de tesis. 1 www. exa.unne.edu.ar/informatica/anasistem2/public_html/apuntes/maf/cap3.htm www.minas.upm.es/relext/Red-Cyted-XIII/web.../Espi.pdf 2 10 UAEMéx- Ingeniería Civil Problemática En las últimas décadas, la relación entre la humanidad y el medio ambiente se ha hecho más fuerte. Uno de los problemas mundiales es que la interrelación entre el medio ambiente y los sectores productivos no se encuentra equilibrada, lo que implica una degradación progresiva del medio ambiente con irreversibles consecuencias en algunos casos y en otros catastróficos. Este panorama no es ajeno a México; por ejemplo de más de dos millones de viviendas que hay en el Estado de México, más de la mitad se encuentra en el régimen de propiedad en condominio. Se trata de cinco mil conjuntos en condominio que suman más de un millón de viviendas en el Estado de México (INEGI,2008 ); la mitad de las cuales son consideradas de interés social, de las cuales ninguna o casi ninguna han sido diseñadas con un enfoque sustentable desde su construcción, hasta su uso y su posterior demolición. Más aún el problema se agrava ya que del millón de familias que viven bajo el régimen de condominio, la mitad tiene ingresos que no son suficientes para el mantenimiento de sus viviendas, menos aún pensar en dar un mantenimiento sustentable, si esto llegara a implicar algún gasto extra. Lo cierto es que cada vez es mayor el deterioro en los conjuntos habitacionales de viviendas de interés social y la vivienda en general, donde la mayoría de los habitantes desconocen sus derechos y obligaciones, por lo que es importante aplicar políticas de mantenimiento para mejorar la calidad de vida en esos conjuntos, y por tanto incrementar lo mayor posible la vida útil de dichas construcciones. Lo anteriormente mencionado es solamente un ejemplo de la problemática tan amplia de la vivienda, cuyo examen detenido sale de los alcances de este trabajo, sin embargo si se pueden mencionar puntualmente otros problemas que afectan a la vivienda de interés social en México dentro de los cuales destacan: Deficiencias de proyecto, uso de materiales de dudosa calidad, procesos constructivos mal ejecutados, calidad de la mano de obra y la escasa o nula supervisión y control de calidad. La ausencia de regulaciones de las instancias gubernamentales que no van más allá de la ayuda en la gestoría del financiamiento, la infraestructura y la simplificación administrativa. La carencia de normatividad que indique el qué hacer y cómo hacer una edificación bien diseñada en lo referente a la construcción sustentable. En este último aspecto, el vacío normativo que existe se ha convertido en un importante impedimento para lograr, pese, en algunos casos, a la voluntad y empeño de los promotores y constructores, una vivienda de calidad y ecológicamente sustentable. 11 UAEMéx- Ingeniería Civil Pero ahora la pregunta obligada es: ¿cuál es la definición de desarrollo sustentable? La más frecuentemente citada y conocida definición de desarrollo sustentable, que figura en el informe que data de 1987 por la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y El Desarrollo (WCED) a la Asamblea General de las Naciones Unidas, incluida en el llamado Informe Brundtland, es “donde hay desarrollo sustentable es donde se establece que la vida humana puede continuar indefinidamente en el planeta para mantener tres dimensiones fundamentales: que la gente pueda progresar (dimensión económica), que las culturas se pueden desarrollar (dimensión social), que las actividades respeten los límites con el fin de no destruir la diversidad y la vida de los sistemas (dimensión ecológica)”. El razonamiento anterior se explica en el texto citado de desarrollo sustentable: El desarrollo es... "asegurar que se cumpla con las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades”. La masificación que ha experimentado la construcción de vivienda en los últimos años, la han convertido en una de las actividades más importantes de la industria de la construcción a nivel nacional, por tal motivo es esencial centrar la atención en este rubro. Para poner en contexto, la respuesta del sector de la construcción, la sustentabilidad en viviendas de interés social debe incluir, al menos, el uso racional de los recursos y la energía, la consideración de los impactos ambientales, la minimización de los residuos, y la creación de ambientes saludables y cómodos, sin que esto implique un sobrecosto. El enfoque de la sustentabilidad para el sector de la construcción propone la planificación, diseño, mantenimiento, construcción y demolición, selección de los materiales de construcción, ciclo de vida de los materiales, y los principales impactos ambientales. Existe una preocupación a nivel nacional para mitigar los efectos adversos de estos problemas, por tal motivo instituciones como CONAVI y CONACYT, financian proyectos de investigación que aporten soluciones a la problemática de la vivienda y en particular a su relación con el impacto ambiental. Dentro de esta problemática tan amplia este trabajo se enfoca al cálculo del análisis de ciclo de vida de viviendas construidas con los materiales más usados en la vivienda de interés social en el Estado de México. 12 UAEMéx- Ingeniería Civil CAPÍTULO II: Caracterización de la vivienda de interés social. Construcción Sustentable Puesto que hay varias definiciones del desarrollo sustentable, las hay también de la construcción sustentable. Sin embargo, para identificar la contribución del sector de la construcción para el desarrollo sustentable, es inevitable establecer una base de la definición de la construcción sustentable como referencia para desarrollar este trabajo de tesis. Una de las definiciones más aceptadas es la propuesta por Kibert (1994) en la que establece que la construcción sustentable es la manera de "Crear y mantener un sano y responsable entorno construido, teniendo en cuenta los principios ecológicos (para evitar los efectos ambientales) y el uso de recursos de manera eficiente”, esto se puede interpretar estableciendo que la construcción no debe dañar la salud de los habitantes en general, además de haber responsabilidad para enterarse que aspectos afectan al medio ambiente. Esta definición genérica que abarca una amplia variedad de cuestiones relacionadas con la sustentabilidad y por lo tanto una tarea difícil de cumplir. En cuanto a lo relacionado con el tema de la presente tesis, más adelante se desarrollan conceptos para identificar los criterios técnicos que servirán para evaluarán los efectos ambientales. Criterios Sustentables y Principio de Sustentabilidad La calidad de la construcción puede ser mejorada mediante la aplicación de criterios sustentables para el proceso de selección de material. Así, los criterios generales para un proyecto sustentable en la construcción son: reducir al mínimo el agotamiento de recursos y la prevención de la degradación medio ambiente, proporcionando un entorno saludable a la edificación. Principales criterios que debe seguir una construcción sustentable: Conservar: Racionalizar el uso de la energía. Conservar: Maximizar los recursos y minimizar el uso de los recursos consumo. Renovar / reciclar: Utilizar materiales renovables y / o reciclables. Protección de la naturaleza: Proteger el medio ambiente natural (aire, suelo, agua). No tóxicos: Crear un saludable medio ambiente, no tóxico. Por supuesto, esta lista de los principios de sustentabilidad no es exhaustiva, se toman sólo aquellos que se creen necesarios para la selección de materiales para la construcción en el marco conceptual de algunos de los principios más relevantes de la sustentabilidad, con la asistencia de métodos de evaluación. 13 UAEMéx- Ingeniería Civil La fabricación de los productos utilizados en la construcción y su transporte consumen energía, la generación de emisiones llevan al calentamiento global y la lluvia ácida, los problemas de los drenajes pueden surgir de residuos de construcción sólida, es de destacar que el 55 % de la madera producida es para la construcción, y el 40 % de materiales usados en los edificios se extraen directamente de la tierra por la excavación de superficie o técnicas de minería subterránea (INEGI, 2000). Muchos de los materiales requeridos son producidos a partir de minerales, con las consecuencias que grandes cantidades de materia prima debe ser excavada y, al mismo tiempo, son necesarias grandes cantidades de energía para refinarla (como es el caso del la producción del cemento). El procesamiento del mineral refinado requiere aportaciones adicionales de energía, y el proceso tanto de fabricación, como de construcción puede tener efectos medioambientales adversos, como la emisión de contaminantes en la atmósfera y el vertido de desechos tóxicos en las corrientes de agua. Para poder facilitar el flujo de materia a través de las distintas etapas del sistema productivo y de consumo, es importante que los productos manufacturados incorporen en la fase de diseño los requerimientos necesarios para permitir el cierre del ciclo de la materia, esto se representa gráficamente en la figura 2.1. Figura 2.1. Ciclo de vida de los materiales. El concreto y los morteros, suman las virtudes y defectos de sus componentes como son los minerales, los conglomerantes y el agua. La creciente utilización de aditivos permite realizar ahorros en algunos de los componentes citados, aunque éstos también tienen efectos negativos. Las posibilidades de utilizar minerales reciclados reducirá en el futuro el impacto de estos materiales. Para los residuos de estos materiales lo más indicado es re-utilizarlos en la misma obra como rellenos. 14 UAEMéx- Ingeniería Civil Como ya fue discutido, las edificaciones afectan significativamente al medio ambiente. Los impactos negativos provienen en primer lugar de la construcción, pero también del uso, mantenimiento ó renovación y su posterior demolición. Por ejemplo, la extracción de materias primas puede conducir al agotamiento de los recursos y pérdidas en la biodiversidad, en el siguiente apartado se particulariza para los materiales usados en la zona de estudio. Principales materiales utilizados en las viviendas de interés social en el Estado de México Parte importante del trabajo fue conocer cuáles son los materiales predominantes en las viviendas de interés social. Para lo cual se realizaron encuestas a 200 casas en fraccionamientos ubicados en distintos municipios del Estado de México como son Almoloya de Juárez, Jilotepec, Calimaya, Metepec, de este último municipio se visitaron desarrollos urbanos como Las Palomas, Las Margaritas, Infonavit San Francisco e Infonavit San Gabriel; Toluca, donde se incluyó La Crespa, que cuenta con varios subconjuntos habitacionales, de los cuales se encuestaron casas GEO y las casas que se encuentran en la avenida Calzada de las Arboledas. En la figura 2.2 a) se muestra la fachada de las casas de la unidad habitacional Trupper en Jilotepec y en la figura 2.2 b) la fachada de la casas de la privada de Los Maestros No. 1000 en Toluca, como se puede observar dichos conjuntos habitaciones, a pesar de no estar ubicados en la misma zona, las construcciones tienen rasgos arquitectónicos y estructurales muy similares, lo cual se observa no sólo en estos conjuntos si no también en muchos otros conjuntos encuestados. De esta manera se tomaron las características más comunes en el total de las casas encuestadas para estar en condiciones de poder establecer un prototipo de vivienda. a) Unidad Jilotepec Habitacional Trupper, b) Privada de los Maestros No. 1000, Toluca Figura 2.2 Fisonomías de la vivienda de interés social en el Estado de México Los conjuntos habitacionales a encuestar se escogieron de manera que representaran una muestra confiable para la variable que ocupa al presente estudio, que son las materiales que conforman los muros de la vivienda, dicha variable representa una característica más que cuantitativa, cualitativa, por 15 UAEMéx- Ingeniería Civil lo que se establece un intervalo de confianza de la proporción muestra, como se expone en la ecuación 2.1 (Cochran, 1977) (2.1) Considerando que la distribución muestral de la proporción de la población está distribuida aproximadamente en forma normal con la media. De esta manera se parte que teniendo como datos la estimación de la proporción muestral (p), aceptando que dicha proporción p puede diferir de la real (P) en una cantidad que no excede de 0.044 para un tamaño de muestra (n) de 200 casas, se aplica la ecuación 2.2 propuesta por Cochran (1977) (2.2) Aplicando la ecuación 2.2 para los datos existentes y despejando de la ecuación 2.1 el nivel de confianza, se calcula este para cada material como se muestra en la tabla 2.1, tomando una muestra de 200 casas para todos los casos. Tabla 2.1 Nivel de confianza para una muestra de 200, para cada uno de los materiales. Tabique rojo Tabicón Piezas Huecas Concreto Nivel de confianza 94.95% α/2 0.02525 1.96 87.90% 98.12% 0.0605 0.0094 1.55 2.35 99.99999955% 2.25E-09 5.86 De la tabla anterior se puede establecer un nivel de confianza de 87.90 % para el caso más desfavorable que es el corresponde al tabicón. Este nivel de confianza se consideró adecuado para los propósitos de este trabajo. En las encuestas realizadas no sólo se tomaron datos del tipo de material, sino también otros factores que influyen en la vida útil de la estructura. Y no menos importante es que mediante este estudio fue posible identificar las características generales de la vivienda de interés social, para estar en posición de establecer un prototipo de vivienda, que represente lo más adecuadamente posible a la de vivienda de interés social en el Estado de México. En la tabla 2.2 se presentan los porcentajes de materiales más frecuentes que conforman los muros de las viviendas, donde es posible señalar que el material más usado es el tabicón, esto mismo se puede apreciar gráficamente en la figura 2.3. Uno de los materiales que no está incluido dentro de esta lista es el adobe, sin embargo dentro del estudio de los materiales se incluye por ser un material 16 UAEMéx- Ingeniería Civil que consume muy poca energía y, por su origen y forma de fabricación, tiene mínimos emisiones toxicas al medio ambiente, como se discutirá más adelante. Tabla 2.2 Principales materiales de construcción para muros en viviendas de interés social Material Porcentaje de uso Tabique Rojo Tabicón Piezas Huecas Concreto Adobe 11% 80% 8% 1% 0% Figura 2.3 Materiales utilizados en la construcción de muros En cuanto a la cimentación se puede decir que de las viviendas encuestadas el 52% de las viviendas cuentan con zapatas corridas de mampostería, 36% tienen losa de cimentación, mientras que el 4% de las viviendas cuentan con zapatas aisladas como se observa en la figura 2.4. 17 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 2.4 Cimentación utilizada en la construcción de casas habitación. De acuerdo a las encuestas antes citadas se obtuvo que 100% de las viviendas cuentan con losa maciza de concreto reforzado en entrepisos y azoteas, la estructuración es principalmente a base de muros de carga y la configuración general de la planta es más bien rectangular. En cuanto a la superficie de construcción se encontró que 79% de las viviendas encuestadas cuentan con menos de 100 m2 de área del terreno, como se muestra en la gráfica de la figura 2.5; además de que 50% de estas viviendas fueron realizadas entre los años 1989 al 2005, por lo que se puede concluir que en la mayoría se trata de construcciones actuales, como se detalla en la figura 2.6. Figura 2.5 Área construida de vivienda 18 UAEMéx- Ingeniería Civil Otros parámetros incluidos en las en cuestas, que se consideran importantes para definir la vulnerabilidad de viviendas, son los que se enlistan a continuación: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Edad aproximada de la vivienda. Grado de conservación de la vivienda. Número de niveles. Daños visibles. Modificaciones hechas a la vivienda no contempladas en el proyecto original. Irregularidades típicas que se presentan en la vivienda. La edad aproximada de la vivienda se muestra en la gráfica de la figura 2.6, en donde se observa que la moda en este parámetro es de 20-25 años, otro parámetro importante es el promedio, que es de 12.95 años, este valor no puede tomarse como representativo para el grueso de los datos, porque si se observa la gráfica en el rango de 10-15 años, se presenta un bajo porcentaje de viviendas construidas en esos años. Figura 2.6 Edad Aproximada de la vivienda Para analizar el grado de conservación de la vivienda se estableció como criterio la observación a simple vista de los elementos estructurales, analizando que tan dañados se encontraban, así como, si existían fisuras en la losa o en los muros de carga, de lo cual se pudo establecer que más de 50% se encuentra en muy buen estado, como se muestra en la figura 2.7. 19 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 2.7 Grado de conservación de la vivienda En cuanto al número de niveles construidos se observó que el 74.7% de las viviendas cuentan con uno o dos niveles los cuales fueron concebidos en el proyecto original, estos porcentajes se muestran en la figura 2.8. Para los casos de tres o más niveles, como se registra más adelante, son producto de adaptaciones o modificaciones hechas al proyecto original: Figura 2.8 Área construida de vivienda Entre las principales modificaciones hechas a las viviendas de interés social son pisos adicionales en donde se registra que en 13.2% de las viviendas encuestadas han realizado esta práctica, así como 71.9% de las casas encuestadas registran modificaciones del tipo de aberturas para puertas y agrandamiento de ventanas o alteraciones de los muros internos sin que exista demolición total de los mismos, estos indicadores se muestran de manera más explícita en la gráfica de la figura 2.9. 20 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 2.9 Modificaciones hechas a la vivienda Producto de la observación a simple vista se registró que 83.7% de las casas encuestadas presentan algún tipo de agrietamiento mayor a 0.01 mm en muros o losas, mientras que 16.3% no presenta ningún agrietamiento detectado a simple vista, o este es menor a 0.01 mm, como se muestra en la gráfica de la figura 2.10. Figura 2.10 Daños visibles Dentro de las irregularidades que pueden causar incrementos en la vulnerabilidad de las estructuras se encontraron que 46% de las casas encuestadas presentan discontinuidad en castillos, no forma marcos y puede presentar cambios de rigidez que se origina por la existencia de un número mayor de muros en la parte superior con respecto a la planta baja. El piso débil se presenta en 35% de las casas encuestadas y se origina de la existencia de cocheras 21 UAEMéx- Ingeniería Civil amplias y/o espacios destinados a sala-comedor que no presentan divisiones entre esas dos funciones, por lo que delimitan en gran medida la existencia de elementos estructurales en estas zonas; en la mayoría de los casos se presentan muros en las colindancias que pudieran aportar rigidez adicional a la estructura pero en el 12% de las casas encuestadas se determina que dichos muros no están ligados correctamente a la cimentación. Estos indicadores se observan de manera detallada en la gráfica de la figura 2.11. Figura 2.11 Irregularidades típicas en las viviendas de interés social De la discusión anterior se propone una casa prototipo a ser analizada como la que se muestra de forma general en la figura 2.12. El estudio detallado del prototipo se presenta en los capítulos siguientes, adelantando que el análisis se realizará con los materiales identificados como más comunes, producto de los resultados de las encuestas, en la construcción de la vivienda de interés social. De esta manera se define un sistema estructural para cada tipo de material, estos sistemas serán uno de los objetos de estudio del presente trabajo de tesis. Figura 2.12 Vivienda prototipo. 22 UAEMéx- Ingeniería Civil Posteriormente se prestará atención al estudio de los procesos requeridos e insumos necesarios para la fabricación de los materiales más usados en la vivienda, así como la identificación las etapas donde las emisiones generen altos grados de toxicidad. Para conocer el proceso constructivo de los materiales usados en la mampostería se acudió a las comunidades en donde se fabrican estos materiales, así mismo se realizaron pruebas a los materiales con el fin de conocer sus principales características mecánicas, esto se describe con detalle en el capítulo 3. 23 UAEMéx- Ingeniería Civil CAPÍTULO III: Materiales Parte del objetivo del trabajo es realizar el análisis de ciclo de vida de los materiales que conforman la vivienda, esto implica conocer los procesos de fabricación a detalle, así como las materias primas componentes, estableciendo todo el proceso perfectamente de tal manera que se reflejen de la mejor manera las prácticas locales; esto con el propósito de establecer un modelo en el programa Sima pro 0.7 el cual basado en el método de la BEES (Building for Environmental and Economic Sustainability), realiza el análisis de cargas energéticas. Lo cual se abordará en capítulos posteriores. Es por ello que se presenta un resumen de los procesos en este capítulo, mientras que en el anexo A se presenta la descripción detallada de dichos procesos, y materias primas, ya que de lo contrario no se podrían aplicar los métodos del programa utilizado. Para conocer el proceso de elaboración de cada uno de los materiales escogidos producto de las encuestas, se visitaron varios sitios en el Estado de México donde son fabricados, por ejemplo en la comunidad de San Bartolomé Tlatelulco, perteneciente al Municipio de Metepec en el Estado de México, se obtuvo la información correspondiente al tabique de barro rojo recocido; para observar el proceso de fabricación del adobe se visitó, entre otros lugares, la Comunidad de Ocotitlán, ubicada en el Municipio de Metepec, en el Estado de México; en el caso del tabicón y del tabicón se visitaron varias empresas por ejemplo, la empresa de materiales “De la Luz” en la Comunidad de San Miguel en el Municipio de Almoloya de Juárez en el Estado de México. No se incluyó una planta de producción industrializada de tabicón al considerar su escaso uso en la vivienda de interés social. Los procesos de fabricación e insumos requeridos se resumen a continuación. Tabicón Se revuelve el tepojal (9 m³), el cemento (17 bultos) y el agua (Si el tepojal está húmedo se emplea ¼ de litro, o seco se emplean de 2 a 3 litros de agua) hasta conseguir una consistencia parecida a la del concreto, a esta mezcla se le llama “revoltura” Se junta en botes dicha “revoltura” y se tiran en la bloquera, este es el nombre común de la máquina que se encarga de realizar la compresión de la mezcla, dando la forma final del tabicón o del tabicón La bloquera tiene capacidad para fabricar 3 tabicóns por cada operación de compresión, que va acompañada por un movimiento de vibración. Al terminar la compresión se sacan las piezas y se colocan en tablas impregnadas con aceite quemado de automóvil para evitar que se peguen. Se secan las pizas a la sombra durante tres días y después de este tiempo el producto está listo para ser transportado en camiones para su venta al público. 24 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabique de barro rojo recocido Primero se realiza la operación conocida como: “tendido” en donde se mezclan todas las materias primas (barro rojo 7m³, tierra 7m³ y agua 5m³) hasta lograr una consistencia espesa, pero uniforme. Posteriormente se realiza el “labrado”, que consiste en dar la forma de prima rectangular con moldes de madera utilizando la mezcla preparada anteriormente. Se realiza el “fraguado”, que consiste en dejar secar durante toda la noche el producto elaborado. Ya secos se acomodan de forma vertical en el horno para su posterior cocción. Por último se prenden los calentadores del horno, si este tiene la capacidad de 70 millares, se emplean aproximadamente dos tambos de combustible o aceite industrial. La flama genera presión que es aliviada por los “respiraderos” del horno La cocción del tabique se lleva a cabo a una temperatura de 800 grados centígrados, que se controla de acuerdo a la experiencia del operador. La cocción del tabique tarda aproximadamente 2 horas a partir de cuando el horno ya está caliente. El último paso es el aireamiento del tabique y al concluir el producto se encuentra listo para ser cargado y vendido al público. Adobe Se cierne la tierra (7 m³) en mallas de forma manual Una vez cernida la tierra se le agrega una cantidad proporcional de agua (160 l), batiéndose de manera continua Se le agrega el zacatón (2 m³) y se sigue mezclando, la consistencia lograda debe de ser bastante espesa Acto seguido se labra en las adoberas que son cajones de madera. Se deja “orear” o “fraguar” a la sombra, si se hace en el sol se corre el riesgo de que el adobe se rompa, este proceso dura un día completo. Al otro día se saca de la adobera y se pone “de canto” esto hace que el adobe “amarre” y no se fracture, este paso dura otro día. El secado de los adobes es en la sombra para evitar que los factores ambientales puedan dañar su consistencia durante el secado. Al tercer día el adobe se encuentra en perfectas condiciones para ser cargado y vendido al público. Piezas Cerámicas Preparación de la masa cerámica: Se seleccionan minerales compuestos por óxidos de Si, Al, Ca, Mg, Na y K unidos con carbono, boro, silicio, hidruros, sulfuros y seleniuros. Los minerales son 25 UAEMéx- Ingeniería Civil sometidos a operaciones de cribado, lavado, decantación y desecación, dependiendo la cantidad y tipo de impurezas que se encuentren en cada yacimiento. Modelado: Los minerales mezclados con agua dan origen a una masa plástica que puede modelarse en la forma deseada mediante extrusión; desecando el producto después de su modelado, la plasticidad disminuye gradualmente al reducirse la cantidad de agua. Cocción: Al someterse las piezas desecadas a una cocción adecuada las propiedades plásticas desaparecen ya que los compuestos químicos son unidos por enlaces covalentes e iónicos con el oxigeno a través de una compleja serie de reacciones y transformaciones propiciadas por la temperatura alcanzada, logrando un material con características propias de dureza y resistencia. Pruebas Realizadas a los materiales Resistencia de los materiales elaborados en el Estado de México Con el objeto de contar con resultados para estimar características mecánicas que sean representativas y no ocupar datos que pudieran no serlo, en este capítulo se reportan resultados de pruebas sobre materiales muestreados en la zona de estudio. Con estos resultados se procede posteriormente a realizar el diseño estructural del prototipo propuesto a base de muros de carga, que incluye la resistencia ante cargas verticales, laterales y momento. Morteros Prueba de mortero a la compresión. Los materiales utilizados para la elaboración del mortero fueron arena fina y cemento de albañilería. El proporcionamiento de la mezcla, fue obtenido por medio del peso del cemento de albañilería, el volumen de arena y el volumen de agua utilizada, el proporcionamiento obtenido fue 1:3. De la mezcla resultante se tomaron muestras para 3 cilindros, utilizados en la prueba a compresión. Cuando los cilindros alcanzaron 28 días de edad, se cabecearon y se probaron. Los datos obtenidos de estas pruebas se presentan en la tabla 3.1. Tabla 3.1. Resultados de la resistencia a compresión del mortero. Clasificación de los cilindros de mortero. Cilin dro No. Cilindros de mortero 1 2 3 26 Diámetr o cm 8.12 8.15 7.85 Altur a cm 15.2 15.2 15.8 Peso kg 1.562 1.575 1.511 Área cm2 51.78 52.17 48.40 Carga máxim a kg Resist encia kg/cm 2,925 3,238 2,525 56.49 62.07 52.17 2 Resisten cia promedi o f*p kg/cm2 56.91 UAEMéx- Ingeniería Civil Piezas La resistencia a compresión se determinó para cada tipo de piezas de acuerdo con el ensaye especificado en la norma NMX-C-036. Para diseño, fue empleado un valor de la resistencia, fp*, medida sobre el área bruta, que se determina como el valor alcanzado por lo menos por el 98% de las piezas producidas. Para obtener la resistencia de las piezas, se manejó una muestra de 100 piezas de cada material, tomada de tres lotes diferentes, la resistencia de dichos elementos fue tomada como normalmente distribuida, y para calcular resistencia de diseño se usó la ecuación 3.1: (3.1) Donde: media de la resistencia a compresión de las piezas, referida al área bruta; y Cp coeficiente de variación de la resistencia a compresión de las piezas. El valor de Cp utilizado en todos los casos no debe ser menor a 0.35 por ser piezas de producción artesanal. Pilas Las pilas fueron conformadas por tres piezas sobrepuestas. La relación altura a espesor de la pila fue comprendida entre dos y cinco; las pilas fueron ensayadas a la edad de 28 días. La determinación se realizó con un total de 25 pilas para cada material, construidas con piezas provenientes de por lo menos tres lotes diferentes del mismo producto. El esfuerzo medio obtenido, calculado sobre el área bruta, se corrigió para cada material multiplicándolo por los factores de la tabla 2.5 de las NTCDCEM. La resistencia de diseño a compresión se calculó con la ecuación 3.2: (3.2) Donde: media de la resistencia a compresión de las pilas, corregida por su relación altura a espesor y referida al área bruta; y Cm coeficiente de variación de la resistencia a compresión de las pilas de mampostería, que en ningún caso se tomó inferior a 0.15. 27 UAEMéx- Ingeniería Civil Adobes En la tabla 3.2 se presentan los resultados de los ensayes realizados para determinar las propiedades mecánicas de las piezas de adobes, incluyendo su peso, dimensiones y resistencia al esfuerzo de compresión. Tabla 3.2 Prueba a compresión de adobes elaborados de manera artesanal. Pieza Peso (kg) Altura Largo Ancho Po (kg) Pf (kg) No. (cm) (cm) (cm) I 13.2 12.0 43.5 24.5 5,054 20,567 II 13.4 11.9 43.5 24.4 5,029 16,431 III 13.0 12.3 44,0 24.3 5,100 15,296 IV 12.9 11.1 43,4 24.7 5,054 13,433 V 13.0 11.9 44.2 24.8 5,124 14,361 VI 13.1 12.5 44.8 24.0 5,336 15,946 VII 12.9 12.2 43.9 24.5 4,639 11,044 VII 12.8 12.1 44.3 24.1 4,741 14,007 IX 13.3 11.4 44.0 24.3 4,489 10,545 X 13.5 12.4 44.4 24.2 4,489 14,274 La resistencia de diseño se determinó a partir de muestreos de la producción de los adobes. Se probaron 5 piezas de adobes artesanales de Valle de Bravo y 9 piezas de adobes industrializados de Metepec, 5 de San Miguel Totohuitlapilco de sus lotes de producción, en la tabla 3.3 se muestran los resultados de la prueba a compresión en pilas. De acuerdo con la resistencia obtenida el adobe que se comporta de mejor manera es el que se produce de manera industrializada en Metepec, con una resistencia 4.63 kg/cm², mientras que para los otros casos la resistencia no sobre pasa los 3 kg/cm². 28 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 3.3. Resultados de la prueba a compresión en pilas. Lugar de origen Metepec Metepec Metepec Valle de Bravo Valle de Bravo Valle de Bravo San Miguel Toto San Miguel Toto San Miguel Toto Tipo de mortero Tipo I Tipo I Tipo I Tipo I Tipo I Tipo l Tipo I Tipo I Tipo I f*m kg/cm2 7.72 0.6 f*m kg/cm2 4.63 4.35 2.61 4.57 2.74 Tabique de barro rojo recocido La tabla 3.4 muestra los resultados de la resistencia a compresión de piezas de tabique de barro rojo recocido, la resistencia nominal f*p calculada tiene un valor de 45.47 kg/cm² con una desviación estándar de 24.744 kg/cm2. Tabla 3.4. Resultados de laboratorio de resistencia a la compresión en las piezas de tabique de barro rojo recocido. Pieza No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Área bruta 2 cm 291.25 293.37 298.80 287.67 289.80 292.10 287.28 284.76 287.50 287.28 Carga resistida 2 kg/cm 11,025 18,350 22,125 24,350 24,475 23,200 30,000 36,400 29,400 28,200 Resistencia 2 kg/cm 37.85 62.55 76.35 84.65 84.45 79.42 104.43 127.83 102.26 98.16 Resistencia media fp 2 kg/cm 85.795 Desviación estándar 24.744 Resistencia nominal f*p cp det. 49.85 62.40 cv=0.53 45.47 En la tabla 3.5 se presenta un resumen de los resultados obtenidos de las pruebas realizadas a las pilas de mampostería de piezas de tabique rojo de barro recocido, así como los valores de f*m obtenidos con la aplicación de los criterios que indica el reglamento aplicable. 29 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 3.5 Resultados de laboratorio de resistencia a la compresión de pilas de tabique rojo recocido. Altur Larg Anch Área Relaci Factor Carga Resisten Resisten Resisten Des Resisten a cm o o cm bruta ón de de resisti cia cia 2 2 cia estánd cia cm cm esbelt correcci da kg kg/cm corregid 2 media ar nominal ez ón a kg/cm corregid f*m a kg/cm2 1 24.1 23.0 12.6 289.8 1.92 0.77 11,250 38.82 29.84 24.853 3.849 17.915 Pil a No . 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 24.9 24.5 24.1 25.1 25.5 24.0 25.1 25.0 25.2 24.8 24.0 24.5 24.6 26.0 24.2 24.4 24.0 24.9 24.1 24.8 24.5 24.7 24.8 24.2 30 22.6 23.7 23.2 23.0 23.0 23.6 22.7 22.6 22.7 22.8 22.8 22.8 22.8 22.3 23.6 23.4 23.3 23.3 23.6 23.2 23.0 23.4 23.0 23.6 12.2 12.5 12.4 12.4 12.6 12.2 12.6 13.0 12.6 12.6 12.5 12.5 12.5 12.7 12.2 12.3 12.2 12.4 12.2 12.3 12.4 12.2 12.4 12.2 0 275.7 2 296.2 5 287.6 8 285.2 0 289.8 0 287.9 2 286.0 2 293.8 0 286.0 2 287.2 8 285.0 0 285.0 0 285.0 0 283.2 1 287.9 2 287.8 2 284.2 6 288.2 2 287.9 2 285.3 6 285.2 0 285.4 8 285.2 0 287.9 2 2.04 1.96 1.94 2.02 2.02 1.97 1.99 1.92 2.00 1.97 1.92 1.96 1.97 2.05 1.98 1.98 1.98 2.01 1.99 2.02 1.98 2.02 2.00 1.98 0.776 0.77 0.77 0.773 0.773 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.77 0.777 0.77 0.77 0.77 0.771 0.7 0.773 0.77 0.773 0.77 0.77 8,050 8,800 8,200 7,300 7,600 7,350 8,100 9,900 8,600 8,850 9,275 9,075 9,700 8,650 10,300 11,525 12,750 10,200 10,250 8,800 11,325 8,650 9,575 7,050 29.20 29.70 28.50 25.60 26.22 25.53 28.32 33.70 30.07 30.81 32.54 31.84 30.04 30.54 35.77 40.04 44.85 35.30 35.60 30.84 39.71 30.30 33.57 24.49 22.66 22.87 21.95 19.79 20.27 19..66 21.81 25.95 23.15 23.72 25.06 24.52 26.21 23.73 27.54 30.83 34.53 27.22 27.41 23.84 30.58 23.42 25.85 18.86 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabicón En la tabla 3.6 se muestran los resultados de las pruebas a compresión piezas simples de tabicón de concreto obteniéndose una resistencia nominal f*p de 21.92 kg/cm2 y una desviación estándar de 7.819 kg/cm2. Tabla 3.6 Resultados de laboratorio de resistencia a la compresión de piezas de tabicón de concreto. Pieza No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Área bruta 2 cm 394.80 389.20 361.62 401.76 403.20 359.04 372.60 397.60 398.97 400.32 Carga resistida 2 kg/cm 11,900 11,100 17,600 12,000 13,600 15,450 13,050 11,500 9,150 10,550 Resistencia 2 kg/cm 30.14 28.52 48.67 29.87 33.73 43.03 35.02 28.92 22.92 26.35 Resistencia media fp 2 kg/cm 32.72 Desviación estándar cp 7.819 0.2389 Resistencia nominal f*p cp det. 20.48 23.80 cv=0.67 21.92 En las tabla 3.7 se presenta un resumen de los resultados obtenidos de las pruebas realizadas a pilas construidas con piezas de tabicón de concreto, así como todos los datos que se requieren para determinar la resistencia nominal (f*m), con el criterio especificado por el reglamento aplicable. 31 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 3.7. Resultados de laboratorio de resistencia a la compresión de pilas de mampostería de tabicón de concreto. Pil a No . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Altur a cm Larg o cm Anch o cm Área bruta 2 cm 42.7 42.0 42.3 42.8 41.9 42.5 43.5 43.3 43.3 42.7 43.1 43.1 43.2 42.6 43.1 41.7 43.0 41.1 43.0 42.0 42.3 42.6 41.9 41.0 42.4 28.0 27.6 27.4 27.8 27.8 27.4 27.9 27.4 27.4 27.2 27.7 28.0 27.9 27.9 27.7 27.1 28.0 27.5 27.5 27.2 27.9 27.9 28.0 27.1 27.9 13.9 13.6 13.4 14.2 14.0 13.6 14.0 13.4 13.1 13.5 14.0 14.1 14.1 14.0 14.0 13.2 14.5 13.2 13.8 13.0 13.5 13.6 14.0 13.1 14.0 389.2 0 375.3 6 367.1 6 394.7 6 389.2 0 372.6 4 390.6 0 367.1 6 358.9 4 367.2 0 387.8 0 394.8 0 393.3 9 390.6 0 387.8 0 357.7 2 406.0 0 363.0 0 379.5 0 361.7 6 376.6 5 379.4 4 392.0 0 355.0 1 390.6 0 32 Relaci ón de esbelt ez 3.07 3.09 3.16 3.01 2.99 3.13 3.11 3.23 3.31 3.16 3.08 3.06 3.06 3.04 3.08 3.16 2.97 3.11 3.12 3.16 3.13 3.13 2.99 3.13 3.03 Factor de correcci ón 0.916 0.918 0.924 0.911 0.909 0.922 0.920 0.931 0.938 0.924 0.917 0.915 0.915 0.914 0.917 0.924 0.906 0.920 0.921 0.924 0.922 0.922 0.909 0.922 0.913 Carga resisti da kg Resistenc 2 ia kg/cm 8,800 9,250 9,850 8,950 10,725 9,250 9,550 10,550 8,325 9,400 7,350 11,175 9,950 7,250 9,400 10,150 9,950 11,325 10,100 10,100 7,100 10,200 9,300 10,250 9,500 22.61 24.64 26.83 22.67 27.56 24.82 24.45 28.73 23.19 25.60 18.95 28.31 25.29 18.56 24.24 28.37 24.51 31.20 26.61 27.92 18.85 26.88 23.72 28.87 24.32 Resistenc ia corregida 2 kg/cm 20.71 22.62 24.79 20.65 25.05 22.88 22.49 26.75 21.75 23.65 17.38 25.90 23.14 16.96 22.23 26.21 22.21 28.70 24.51 25.80 17.38 24.78 21.56 26.62 22.20 Resistenc ia media corregida 2 kg/cm 23.078 Desv. estánd ar cm 2.998 0.13 0 Resistenc ia nominal f*m 17.42 UAEMéx- Ingeniería Civil Un resumen de los resultados más significativos de todos los materiales considerados se muestra en la tala 3.8, datos que se utilizarán para la realización del análisis estructural y su posterior aplicación en el análisis de Montecarlo, estos aspectos se tratarán en los siguientes capítulos de este trabajo. Tabla 3.8. Comparación de los resultados obtenidos para los diferentes materiales Material F*m Modulo de V* Peso kg/cm² Elasticidad (E ) kg/cm² Volumétrico kg/cm² kg/m³ Adobe 4.63 5038.76 2 1600 Tabique de 17.95 20960 3.5 1500 barro rojo recocido Tabique hueco 37.28 22368 3 2200 reforzado interiormente Tabicón de 17.42 13984 3 2200 concreto En este capítulo se identificaron los materiales más utilizados en la construcción de viviendas y se presentaron sus principales componentes y procesos de fabricación, así también se señalaron aspectos básicos de lo que se espera de ellos al considerar su efecto medioambiental (detallado en el Anexo A). Toda esta información resultó de mucha utilidad como se verá al desarrollar los siguientes capítulos. Se puede observar que los resultados obtenidos cumplen con las disposiciones de las NTCDCEM del RCDF, a demás se pueden señalar algunas observaciones adicionales: 1.- Se cumple con el objetivo particular sobre la determinación de la resistencia a compresión de piezas, así como la resistencia a compresión de las pilas de los diferentes materiales basadas en las Normas Técnicas Complementarias en el apartado de Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería del Reglamento de Construcciones para Distrito Federal. 2.- Se obtuvieron valores de resistencia a compresión que se ocuparán en los siguientes capítulos y que además podrían servir como indicadores para otros estudios e inclusive para las personas que quisieran construir con este tipo de piezas. 3.- Debido a la variabilidad y composición de las arcillas del Estado de México, la resistencia que se obtenga para otro tipo de arcilla será probablemente diferente a la obtenida en este trabajo. 33 UAEMéx- Ingeniería Civil CAPÍTULO IV: Análisis de caso Tomando en cuenta los resultados de las encuestas y siendo este trabajo de tesis parte de un proyecto de investigación que se realizó en conjunto con la Facultad de Arquitectura y Diseño de la UAEM, se recurrió a la opinión del Dr. Marcos Mejía López, para la realización de la propuesta arquitectónica, de un prototipo que sea representativo de la vivienda de interés social en el Estado de México, apegándose de la mejor manera a los resultado de las encuestas realizadas. Como resultado de lo anterior se estableció como caso de estudio, una edificación que cuenta con un área construida de aproximadamente 142 m² y un área del terreno de aproximadamente 153 m², para albergar una casa tipo dúplex lo que significa una área construida de 71 m², para cada una de las viviendas, superficie cercana al valor medio de los conjuntos habitacionales anteriormente referidos; las dimensiones generales de la casa son las que se muestran en las figuras 4.1, 4.2 y 4.3, de la planta baja, la planta alta y la azotea respectivamente: A colindancia 0.025 colindancia 0.025 JARDIN N.P.T. +- 0.00 Patio de tendido Patio de tendido N.P.T. + 0.05 N.P.T. + 0.05 JARDIN 0.00 +- N.P.T. N.P.T. + 0.15 Patio de servicio Patio de servicio B.A.N. B.A.N. Recámara 1 Recámara 1 N.P.T. + 0.15 7 6 5 2.900 4 N.P.T. + 0.15 Cocina Cl. Cl. Desayinador 3 2 1 Desayinador Sube Estar N.P.T. + Sube 0.15 Comedor Acceso Comedor 1 2 3 9 8 7 6 5 4 2.900 9 8 Cocina Estar 0.15 + N.P.T. Acceso volado A´ N.P.T. +- 0.00 N.P.T. +- 0.00 Figura 4.1 Dimensiones generales de Planta Baja 34 0.025 UAEMéx- Ingeniería Civil A colindancia 0.025 colindancia 0.025 VACIO VACIO Recámara 2 Recámara 2 N.P.T. + 2.65 2.65 + N.P.T. N.P.T. + 2.80 BAÑO BAÑO 0.850 Baja Baja Proyección domo Proyección domo Cl. Cl. 2.900 Cl. 2.900 Cl. Recámara 3 NPT. + 2.65 Recámara 3 NPT. + 2.65 A´ VACIO Figura 4.2 Dimensiones generales de Planta Alta 35 UAEMéx- Ingeniería Civil colindancia 0.025 proy. de volado 0.600 0.600 1.700 0.600 0.925 tinaco cap. = 750 lts. 0.925 pend. 2% 0.600 tinaco cap. = 750 lts. 1.700 pend. 2% Domo Domo pend. 2% pend. 2% pend. 2% pend. 2% pend. 2% Figura 4.3 Dimensiones generales de Azotea Las fachadas, cortes y demás elementos arquitectónicos son los que se muestran en las figuras 4.4 a), 4.4 b) y 4.24c). a) Vista aérea de la fachada 36 UAEMéx- Ingeniería Civil c) Vista aérea de la parte posterior b) Vista en isométrico de la fachada posterior Fachada Figura 4.4. Vistas del isométrico de la casa tipo dúplex. Revisión estructural para los diferentes materiales utilizados en los muros. Aspectos reglamentarios en la estructuración La estructuración del prototipo de vivienda, como ya se mencionó, se estableció a base de muros de carga y siguiendo con los requisitos que marca el reglamento para mampostería confinada colocándose especial cuidado en los siguientes puntos: Para muros sin aberturas Los muros serán reforzados con castillos y dalas. Los castillos o porciones de ellos se deberán colar una vez construido el muro o la parte de él. Se deberán colocar castillos por lo menos en los extremos de los muros e intersecciones con otros muros, y en puntos intermedios del muro a una separación no mayor que 1.5 H ni 4 m. Deberán existir dalas en todo extremo horizontal de muro. El concreto de castillos y dalas deberá tener una resistencia no menor a 200 kg/cm² El refuerzo longitudinal de los castillos y las dalas deberá estar anclado en los elementos que limitan al muro de manera que pueda alcanzar su esfuerzo de fluencia. Los castillos y dalas deberán ser, reforzados transversalmente por estribos cerrados, como lo marcan las NTCDCEM.. El espesor de la mampostería de los muros, t, no debe ser menor que 100 mm y la relación altura libre a espesor de la mampostería del muro, H / t, no deberá ser mayor de 30. 37 UAEMéx- Ingeniería Civil Para muros con aberturas Además de los aspectos antes mencionados: Los elementos de refuerzo deben tener las mismas características que las dalas y castillos en el perímetro de todas aberturas que corresponden a las ventanas de la fachada, cuando las dimensiones horizontal y/o vertical excedan de la cuarta parte de la longitud del muro. Se deber colocar elementos verticales y horizontales de refuerzo en aberturas con altura igual a la del muro. Todo lo anterior fue aplicado en el diseño del prototipo lo cual quedó representado en el plano estructural que de forma simplificada se presenta en la figura 4.7 basada en el procedimiento completo del diseño estructural que se presenta en el anexo B. Consideraciones en el diseño sísmico. El espectro de diseño utilizado se obtuvo del Manual de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad para zona B y terreno tipo II, para diseño por sismo, se usará Q = 2 para todos los tipos de piezas analizadas en el presente trabajo. La zonificación es la que se muestra en la figura 4.5 y el espectro de diseño se muestra en la figura 4.6. Figura 4.5. Regionalización sísmica de la República Mexicana 38 a (g) UAEMéx- Ingeniería Civil T (seg) Figura 4.6. Espectro de diseño utilizado Diseño por Durabilidad La expectativa de vida útil será mínimo de 50 años. Los requisitos mínimos establecidos en las Normas son válidos para elementos expuestos a ambientes no agresivos. Si el elemento estuviera expuesto a ambientes más agresivos, se deberán aplicar los criterios de diseño por durabilidad de estructuras de concreto. La estructura se diseñará para una vida útil de al menos 50 años esto debe ser comparado con los lineamientos y requisiciones mínimas que maraca el INFONAVIT para la construcción de viviendas de interés social la cual maraca una vida útil mínima de 30 años. Calidad del Concreto Se determinó que la calidad del concreto requerida debe ser de al menos 200 kg/cm² y deberá ser curado en forma continua bajo temperatura y presión del ambiente por lo menos tres días a partir del colado, esto de acuerdo con las secciones 4.3 a 4.6 y 4.8 de las Normas Técnicas Complementarias del R.C.D.F, utilizando la clasificación de exposición para las losas de azotea ya que es el elemento con exposición más desfavorable, su clasificación corresponde a un A1 de acuerdo con la tabla 4.1 del mismo reglamento. 39 UAEMéx- Ingeniería Civil Recubrimiento Mínimo El recubrimiento en vigas, trabes y contra trabes no será menor a 2.5 valor obtenido de la tabla 4.5, de las mencionadas Normas, de acuerdo con la clasificación de exposición y la resistencia especificada del concreto. En losas, muros y elementos prefabricados el recubrimiento no será menor de 2.0. Diseño de las losas Para el diseño de las losas se utilizó el RCDF tomando las siguientes consideraciones: * Se uso el criterio de estado límite de falla por flexión y cortante, sin dejar de revisar el estado limite de servicio correspondientes a las deformaciones. * Los tableros son rectangulares * La distribución de las cargas es aproximadamente uniforme en cada tablero; * Los momentos flexionantes negativos en el apoyo común de dos tableros adyacentes difieren entre sí en una cantidad no mayor que 50 por ciento del menor de ellos * La relación entre carga viva y muerta no es mayor de 2.5 para losas monolíticas con sus apoyos. Revisión del sistema estructural usando diferentes materiales Con los resultados obtenidos de las pruebas que se practicaron a los diferentes materiales, el análisis de cargas (que se detalla en el anexo B), con las condiciones reglamentarias detalladas anteriormente y en el entendido que el inmueble está estructurado a base de muros de carga se procedió a revisar los esfuerzos en los muros por medio del programa ANEM gcW, numerando cada muro como se muestra en la figura 4.7 .a) y 4.7 b). Figura 4.7. a) Numeración de los muros en la planta baja 40 UAEMéx- Ingeniería Civil 75 76 73 74 43 51 72 44 70 57 48 58 71 69 54 41 50 63 64 42 47 53 66 68 55 40 56 65 49 67 39 46 52 61 62 38 45 59 60 Figura 4.7. b) Numeración de los muros en la planta alta. Un resumen de los resultados obtenidos por el programa ANEM gcW se muestran en la tabla 4.1. en la cual se observa que aún con las consideraciones anteriormente descritas, algunos sistemas muestran problemas de sobrecarga; como lo son el adobe, y el tabicón, por tal motivo se propone colocar dos trabes sobre los ejes de los muros más esforzados, y no sólo en los en los sistemas que presentan problemas si no también en los sistemas conformados por tabique y piezas cerámicas, ya que de acuerdo con los resultados observados (que se detallan en el anexo B) los muros en estos ejes cumplen con la resistencia requerida, pero no presentan holgura para un caso de sobrecarga, no considerada en el diseño, por lo que también se les colocan las mismas trabes del caso anterior, dicha trabe se esquematiza en la figura 4.8. Tabla 4.1. Resumen de los resultados del ANEM gcW Material Adobe Tabique de Barro rojo Recocido Tabicón Piezas Cerámicas f*m (kg/c m²) 4.63 17.95 Espesor de muro (cm) Muros insuficientes ante Carga Vertical Muros insuficientes ante Carga Lateral 50 15 todos ninguno 1 , 21 ninguno Muros insuficientes ante Momento de Volteo todos ninguno 17.42 37.28 20 15 2 , 23 ninguno ninguno ninguno 2 , 23 ninguno 41 UAEMéx- Ingeniería Civil D1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 T1 T1 T1 D1 D1 T1 D1 D1 D1 T1 T1 T1 D1 T1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 Figura 4.8. Distribución de Dalas y Trabes en planta baja Con los esfuerzos obtenidos por medio del programa ANEM gcW, se diseñaron las trabes y se calculó la carga que se transfiere a la cimentación, así como su diseño. El resultado de este análisis son los planos estructurales (se muestran con una mayor escala en el anexo E) que se presentan en las figuras 4.9 y 4.10, los cálculos se muestran con detalle en el anexo B. 42 UAEMéx- Ingeniería Civil NOTAS UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE MEXICO 1. EL NIVEL DE DESPLANTE SE HARA HASTA ENCONTRAR TERRENO FIRME. 2. DEBERA COLOCARSE UNA PLANTILLA DE CONCRETO SIMPLE DE 5 cm DE ESPESOR COMO BASE EN CADA UNA DE LAS ZAPATAS. 3. LA SEPARACION DEL REFUERZO TRANSVERSAL EN CASTILLOS Y DALAS, SERA DE 20 CM. Z2 Z2 4. EL ESPESOR DE LA LOSA PLANA DE AZOTEA, LA DE ENTREPISO Y LA DE TERRAZA ES DE 10 CM. PARA LAS LOSAS INCLINADAS DE AZOTEA SU ESPESOR ES DE 8 cm. FACULTAD DE INGENIRÍA 5. TODAS LAS MEDIDAS ESTAN DADAS EN MILIMETROS, SALVO DONDE SE INDIQUE OTRA UNIDAD DE MEDIDA Z2 Z2 Z2 Z1 Z2 Z2 Z1 6. EL TAMAÑO MAXIMO DEL AGREGADO SERA DE 2 cm., O BIEN 3/4 DE PLG. Z2 7. EL AGUA DE MEZCLADO DEBERA SER LIMPIA Y NO DEBERA CONTENER SUSTANCIAS EN SOLUCION QUE LA ENTURBIEN O LE PRODUZCAN OLOR O SABOR FUERA DE LO COMUN. Z1 Z1 Z1 8. EL CONCRETO DEBERA MANTENERSE EN UN AMBIENTE HUMEDO (CURADO) POR LO MENOS DURANTE 7 DIAS SI SE USO CEMENTO NORMAL Y 3 DIAS SI SE EMPLEO CEMENTO DE RESISTENCIA RAPIDA. Z1 Z1 Z1 Z2 Z2 Z2 9. EL RECUBRIMIENTO LIBRE DE TODA VARILLA SERA DE 2 cm EN CASTILLOS Y DALAS Y DE 4 cm EN LA CIMENTACION. Z2 Z1 Z1 Z1 ESPECIFICACIONES 10. EN NINGUNA SECCION SE DEBERA INTERRUMPIR MAS DE LA TERCERA PARTE DEL ARMADO, NI TAMPOCO SE DEBERA TRASLAPAR MAS DEL 50% DEL MISMO. Z1 Z1 Z1 Z1 SIMBOLOGIA 11. LA ESCALA ES LA INDICADA EN CADA PLANTA, SOLO LOS DETALLES NO TIENEN ESCALA Z1 Z1 DALA Z1 12. LAS ESPECIFICACIONES DE DISEÑO SON LAS DEL RCDF. Z1 Z1 Z1 Z1 Z2 Z2 Z1 Z2 Z2 Z2 Z1 Z1 Z2 Z2 Z1 Z1 CAL DIAMETRO Z2 Z1 Z1 TABLA DE LONGITUD DE ANCLAJE 14. EL COLADO DE LAS LOSAS DE AZOTEA DEBE REALIZARSE EN FORMA ASCENDENTE, DE ACUERDO A SU ALTURA. Z1 Z2 CASTILLO 13. EL ARMADO DE LOS CASTILLOS PARA LA PLANTA ALTA ( CONTINUOS O NO CONTINUOS DESDE LA PLANTA BAJA), DEBERA DEJARSE PREPARADO ANTES DEL COLADO DE LA LOSA DE ENTREPISO. Z2 Z1 15. LOS MUROS SERAN DE TABIQUE ROJO RECOCIDO DE UN ESPESOR DE 12 CM. La Lg 3 3/8" 40 cm 20 cm 4 4/8" 50 cm 25 cm 16. LOS ACABADOS DE LOS MUROS SERAN DE APLANADO DE UN LADO Y DEL OTRO DE YESO. La Z2 Lg Z1 ESPECIFICACIONES Z2 f'c = 200 kg/cm² fy = 4200 kg/cm² ACERO ESTRUCTURAL fy = 2530 kg/cm² ACERO DE REFUERZO TRANSVERSAL Figura 4.9. Planos Estructurales del prototipo de vivienda 43 0.20 UAEMéx- Ingeniería Civil UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE MEXICO DALA D1 0.15 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 0.25 C1 1M 0.15 BASTONES #3 @40cm L /5 L /5 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L/5 17 CM L/5 BASTONES #3 @40cm L/5 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L /5 DETALLE DE ESCALERA ESPECIFICACIONES VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 BASTONES #3 @40cm L /5 BASTONES #3 @40cm L /5 SIMBOLOGIA L/5 BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm L/5 L /5 C1 C1 DALA CASTILLO BASTONES #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm Acabado de Yeso VAR #3 @40cm C1 C1 C1 C1 C1 LOSA DE AZOTEA TABLA DE LONGITUD DE ANCLAJE CAL DIAMETRO MISMO ESPESOR DEL MURO DETALLE DE MURO LOSA DE ENTREPISO La Lg 3 3/8" 40 cm 20 cm 4 4/8" 50 cm 25 cm La ESPECIFICACIONES 0.25 LOSA DE ENTREPISO BASTONES #3 @40cm L /5 Lg C1 C1 BASTONES #3 @40cm L/5 BASTONES #3 @40cm L/5 L/5 BASTONES #3 @40cm C1 C1 Altura de Muro = 2.20m C1 BASTONES #3 @40cm L/5 L/5 BASTONES #3 @40cm L/5 BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm L /5 L /5 L /5 VAR #3 @40cm C1 28 CM BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm C1 C1 VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm L /5 FACULTAD DE INGENIRÍA C1 VAR #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 BASTONES #3 @40cm L /5 BASTONES #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm C1 C1 BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 C1 C1 VAR #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm C1 C1 C1 C1 VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 L /5 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 BASTONES #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm C1 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L /5 L /5 C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm L /5 C1 BASTONES #3 @40cm C1 C1BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L /5 C1 C1 BASTONES #3 @40cm C1 L/5 BASTONES #3 @40cm CASTILLO C1 f'c = 200 kg/cm² fy = 4200 kg/cm² ACERO ESTRUCTURAL fy = 2530 kg/cm² ACERO DE REFUERZO TRANSVERSAL LOSA DE AZOTEA Figur 4.10. Planos Estructurales del prototipo de vivienda 44 UAEMéx- Ingeniería Civil Análisis de Costos Se realizó el presupuesto para la construcción del prototipo de vivienda de interés social con los diferentes materiales propuestos anteriormente, considerando sólo costos directos y los costos indirectos que marca el Sistema Nacional de Costos Indirectos (SNCI) para la vivienda, para precios de enero de 2010, esto sin considerar el costo del terreno. Con el fin de tener una visión más amplia y atemporal al final se hacen comparaciones relativas entre los diferentes materiales. Para el caso de la construcción hecha a base de Adobe se debe comentar que no se realizó análisis de costos debido a que se ensayaron varios espesores de muros y ninguno mostró buen comportamiento, por lo que sería irreal proponer un espesor de muro demasiado grande y con esto calcular el costo. Para todos los demás materiales se hicieron los cálculos de los costos directos con ayuda del programa Neodata para el análisis de precios unitarios, el cual se detalla en el anexo C, en cuanto a los costos indirectos se calculan con el porcentaje marcado por el SNCI para el Estado de México para el 2010. De esta manera para cada material se calcula un costo total. En la gráfica de la figura 4.11 se muestra un comparativo de costos directos de la obra para los materiales analizados y en la tabla 4.2 se muestra una comparación en porcentaje del costo de los materiales, estableciendo como el menor costo el que corresponde al tabicón y el mayor costo el que corresponde al sistema hecho a base de piezas cerámicas. Figura 4.11. Comparación entre el costo total de los diversos materiales 45 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 4.2 Comparación de costos Material Costo Comparativo Piezas cerámicas $ 330,391.7 100.0% Tabicón $ 295,329.8 89.4% Tabique rojo recocido $ 306,024.3 92.6% En la figura 4.12 se muestra el comportamiento de los costos indirectos en los últimos 19 años, así como la gráfica de regresión que muestra la tendencia que siguen dichos costos. Figura 4.12 Comportamiento de los costos indirectos Una vez obtenido el costo de cada una de las viviendas y con la vida útil (el cálculo de la vida útil se detalla en el capitulo siguiente) es posible calcular la depreciación anual de cada una de las viviendas los datos iniciales son los que se muestran en la tabla 4.3. Tabla 4.3 Datos para cálculo de la depreciación Material Costo Inicial Valor de salvamento Vida útil calculada Piezas cerámicas $ 330,391.7 $99,117.51 50 Tabicón $ 295,329.8 $79,739.05 45 Tabique rojo recocido $ 306,024.3 $90,215.96 49 De la tabla 4.3 se puede observar que el valor de salvamento se calcula como un porcentaje del costo inicial de la construcción y de acuerdo a la probabilidad de daño que se espera durante su vida útil (este tomado de la tabla 5.9 del capítulo 5), proponiendo en este caso como máximo un valor de salvamento del 30% (esto considerado únicamente el costo de la construcción, sin el terreno) para el caso de piezas cerámicas y para los otros casos el valor correspondiente a la inversa proporcional a la probabilidad de daño esperado dentro de su vida útil. 46 UAEMéx- Ingeniería Civil En la tabla 4.4 se muestra la comparación entre al cálculo de la depreciación anual en línea recta y la depreciación anual de saldo decreciente, las cuales se calculan con la ecuación 4.1 y 4.2 respectivamente (Blank y Tarquin, 1999). (4.1) (4.2) Donde: Dt es la depreciación calculada para el año t B es el costo inicial Vs es el valor de salvamento n corresponde a la vida útil d representa la tasa de depreciación De esta manera los resultados se muestran en la tabla 4.4 donde en la primera columna se puede observar, que el sistema correspondiente a tabique muestra una menor depreciación, pero al hacer el análisis más detallado se observa que la menor depreciación corresponde al caso de piezas cerámicas. En la gráfica de la figura 4.13 se muestra el comportamiento de la depreciación con respecto al tiempo y en la figura 4.14 se observa el valor en libros (entendiéndose como valor en libros el correspondiente al inmueble considerando su depreciación anual, en este caso sin el costo del terreno) respecto al tiempo, mostrándose como ya se dijo anteriormente una menor deprecación para el caso de piezas cerámicas. Tabla 4.4 Depreciación lineal recta y de saldo decreciente Sistema Depreciación anual en línea recta Piezas cerámicas Tabicón Tabique recocido Depreciación anual de saldo decreciente Año 1 Termino de la vida útil $4,625.48 $7,026.44 $2,358.19 $4,790.91 rojo $4,404.25 $8,469.19 $7,534.19 $2,354.19 $2,277.14 47 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 4.13 Comportamiento de la depreciación Figura 4.14 Comportamiento del valor en libros. En este capítulo se describió el diseño estructural para cada sistema, así como el cálculo de los costos correspondientes, en el siguiente capítulo se retoman los resultados del diseño para modelar el prototipo de vivienda en el programa SAP 2000 y hacer el estudio probabilista con la simulación de Montecarlo suponiendo variaciones en la rigidez, en las cargas gravitacionales y en las acciones sísmicas. 48 UAEMéx- Ingeniería Civil CAPÍTULO V: Aplicación del Método Montecarlo Antes de iniciar con la aplicación del método de Montecarlo para el cálculo de la vida útil se requiere obtener los parámetros involucrados en la durabilidad, así como su variación, por lo cual primero es necesario calcular la curva de capacidad de cada uno de los materiales (Curva pushover en términos de la aceleración por el desplazamiento espectral, la cual se detalla en el siguiente apartado). En el proceso se deben identificar los umbrales de desplazamiento espectral asociados a cada estado de daño, donde el desplazamiento es producto de diferentes aceleraciones probables, a la que la estructura puede ser sometida durante su vida útil. Una vez identificados los parámetros correspondientes a la acción sísmica y la respuesta estructural se determina la relación entre ambas partes desde el enfoque probabilista. En el proceso se calcula principalmente la probabilidad de ocurrencia del desplazamiento que pudiese ocasionar un daño tal que la estructura llegue al término de su vida útil; que finalmente es lo que interesa para poder comparar de manera precisa cada uno de los materiales, al incluir el análisis de cargas energéticas y de emisiones contamines. Cálculo de la curva pushover para los diferentes sistemas En este apartado se presenta el procedimiento utilizado para calcular la curva pushover mediante el análisis que toma los resultados de diferentes pruebas de laboratorio aplicados a muros de mampostería, realizados a diferentes materiales. Con ello se estableció un modelo computacional, donde se representa la variación inelástica del comportamiento de los cuatro sistemas en estudio, para ello se utiliza el método del puntal diagonal equivalente, con el propósito de observar los desplazamientos para cada nivel de carga e identificar posteriormente los umbrales de daño asociado a cada uno de estos desplazamientos. Generación de acelerogramas sintéticos La metodología empleada para la generación de acelerogramas sintéticos es la que propone Pujades (1999) que lo utilizó para un estudio de fragilidad sísmica de edificios representativos en Manizales, Colombia, además de utilizar las tablas que propone Eduardo R. Alvarez Deulofeu3 para la generación de acelerogramas sintéticos. En el presente estudio se parte de movimientos generados en la brecha de Guerrero para obtener acelerogramas sintéticos para la ciudad de Toluca. Se hace destacar que dichos acelerogramas responden a las condiciones que se presentan en la estación CELE, RIIS, por lo que incluyen características como tipo de suelo y distancia epicentral. Los acelerogramas generados guardan similitud con el correspondiente al sitio guardando proporción entre aceleraciones y duración de la fase fuerte, así como con el desplazamiento del terreno s0 con respecto a la aceleración máxima amax, lo cual se explica principalmente por el hecho que la duración crece con la distancia epicentral contrario a la aceleración máxima. 3 http://www.santiago.cu/cienciapc/números/2002/1/articulo01.html 49 UAEMéx- Ingeniería Civil Es importante mencionar que para la generación de dichos acelerogramas sintéticos se hace uso del programa Degtra A4 Ver. 5.14 siguiendo la siguiente metodología: 1. 2. 3. 4. Definición de la aceleración máxima del registro (ver tabla 5.1). Generación de una duración aleatoria de la fase fuerte s0. Generación de valores de los parámetros ωg y νg . Definición de los parámetros de las funciones de modulación de amplitudes ξ (t) y de frecuencias κ (t). 5. Generación de un ruido blanco GW con una duración igual a la del evento, esto se hace directamente por medio de programa Degtra. 6. Simulación del acelerograma. Tabla 5.1 Datos usados para generar los acelerogramas sintéticos. Acelerogramas n No. SISMO 1 2 3 (s) 2688 3910 1401 0,020 0,010 0,010 Acelerogramas de sismos reales Parámetros para la descripción del sismo Aceleración máxima Tiempo de duración 53,740 39,090 14,000 Acelerogramas n No. SISMO 1 2 3 (s) 1024 1024 1024 0,010 0,015 0,020 Acelerogramas n No. SISMO (s) 4 801 901 1024 0,010 0,010 0,010 8,000 9,000 10,230 50 A.I 3 (m /s ) (s) (s) (s) (s) 0,390 3,140 3,140 0,38 1,17 1,55 4,58 6,31 7,47 4,20 5,14 5,92 Desarrollado por M. Ordaz (II-UNAM) y C. Montoya Dulché (CENAPRED) 1990-2002 3 1,653 3,489 3,416 2 del sismo (m/s ) 2,234 2,205 3,557 A.I (m /s (s) (s) (s) (s) 2 (m/s ) 10,240 1,578 3,970 0,94 5,25 4,31 15,345 2,019 1,485 1,36 6,51 5,15 20,460 1,911 1,820 1,80 8,30 6,50 Sismos espectro-compatibles Parámetros para la descripción del sismo Aceleración máxima Tiempo de duración (s) 11,389 11,146 0,666 2 del sismo (s) 3 (m /s ) (s) (s) (s) (s) 2 (m/s ) 3,420 2,120 1,68 24,38 22,70 4,270 5,940 3,67 9,21 5,54 0,853 10,32 2,73 12,53 9,80 Sismos sintéticos Parámetros para la descripción del sismo Aceleración máxima Tiempo de duración 2 1 2 3 2 del sismo (s) A.I 2,229 3,640 11,256 UAEMéx- Ingeniería Civil Acelerogramas n No. SISMO 1 2 3 4 (s) 2688 3910 1401 1024 0,020 0,010 0,010 0,015 Acelerogramas sintéticos utilizados Parámetros para la descripción del sismo Aceleración máxima Tiempo de duración 53,74 39,090 14,000 15,345 2 del sismo (s) (g) 0.15 0.48 0.9 1.45 A.I 3 (m /s ) (s) (s) (s) (s) 2,120 5,940 10,320 1,485 1,68 3,67 2,73 1,36 24,38 9,21 12,53 6,51 22,70 5,54 9,80 5,15 4,818 3,372 4,170 3,489 En la figura 5.1 se muestra un acelerograma sintético calculado con la metodología anterior, para una aceleración máxima de 0.25g. Figura 5.1. Acelerograma sintético con aceleración máxima de 0.25 g. Una vez calculados los acelerogramas sintéticos se procede a modelar el sistema por medio del método del puntal diagonal equivalente, como se detalla en el siguiente apartado. Método del puntal diagonal equivalente Para analizar la mampostería mediante un comportamiento inelástico se utiliza el concepto del puntal diagonal equivalente, el cual maneja un procedimiento estático no lineal. El procedimiento utilizado es un análisis de pushover de un marco que contiene diagonales equivalentes que representan la mampostería. El método puede ser usado tanto para marcos completamente rellenos como para muros de mampostería parcialmente rellenos y con aberturas. Usando diagonales en este análisis global, se producirán efectos directamente de la mampostería sobre los castillos, con lo cual no se necesitará evaluar estos miembros localmente. Este método se basa en el desarrollo de rótulas plásticas que representan las propiedades no lineales del sistema estructural. El método 51 UAEMéx- Ingeniería Civil estudiado ha demostrado resultados confiables al comparar con datos experimentales y análisis de elementos finitos no lineales (Carrillo, 2006). En el procedimiento estático no lineal (pushover), el modelo que incorpora directamente una respuesta inelástica del material, es desplazado hasta un “desplazamiento objetivo” para revisar los resultados de fuerzas internas y las deformaciones que se presentan. El “desplazamiento objetivo” representa el máximo desplazamiento probable a ser experimentado durante el sismo propuesto. El modelo matemático de la estructura se somete a un aumento constante de fuerzas o desplazamientos laterales (pushover) hasta que el “desplazamiento objetivo” es excedido o la estructura sufre colapso. Debido a que el modelo matemático incorpora los efectos de la respuesta inelástica del material, el cálculo de las fuerzas internas serán aproximaciones razonables de aquellas esperadas durante el sismo propuesto. La curva pushover se construye hasta un desplazamiento aproximadamente igual al 2.5% de la altura del edificio (para este caso se gráfica hasta que las rotulas alcanzan el nivel máximo de esfuerzos). Las cargas laterales se aplican a la estructura en una distribución tal que simule la probable distribución de las fuerzas inerciales en un sismo. Para análisis tridimensional, la distribución horizontal debe simular la distribución de fuerzas de inercia en el plano de cada diafragma de piso. Para ambos análisis, bidimensional y tridimensional, deben considerarse por lo menos dos modelos de distribuciones verticales de carga lateral, en el presente trabajo de tesis sólo se presentan los resultados de la dirección x, ya que debido a la manera en que fue concebida la distribución de los muros esta dirección resulta ser la más desfavorable en términos de los desplazamientos (las referencias de los ejes se muestran en la figura 5.2). Y Y PLANTA BAJA X Figura 5.2 Ejes de referencia. 52 PLANTA ALTA X UAEMéx- Ingeniería Civil En general el procedimiento de análisis estático no lineal se resume en los siguientes pasos (ATC-40, 1996): Demanda sísmica sobre la estructura Se encuentra representada por el espectro de diseño del sitio donde está localizada la edificación. El espectro de respuesta se construye para el amortiguamiento intrínseco de la edificación, este caso se toma un valor del amortiguamiento del 7% resultado de pruebas de laboratorio aplicadas a la mampostería en otros trabajos (Terán, 2008). Capacidad de la estructura El objetivo principal de los procedimientos no lineales simplificados es la generación de la curva de capacidad. Esta curva representa los desplazamientos laterales como una función de la fuerza aplicada a la estructura y representa una aproximación al comportamiento real esperado independientemente de la forma en que fue diseñada. Comportamiento Para la evaluación del desplazamiento hasta el cual llegará la estructura con el sismo de diseño, se pueden emplear varios métodos entre los que se destacan los siguientes: (1) el método del espectro de capacidad, el cual reduce el espectro elástico debido al amortiguamiento histerético (daño) proporcionado por la estructura y lo intercepta con la curva de capacidad en el sistema coordenado espectral para encontrar el punto de desempeño, y (2) el método de los coeficientes de desplazamiento, el cual modifica el desplazamiento elástico con coeficientes para calcular el desplazamiento objetivo. En este trabajo se decidió utilizar el primer método ya que con el punto de desempeño o el desplazamiento objetivo, la respuesta global de la estructura y los componentes de deformación individual se comparan con los límites establecidos para cumplir los objetivos de comportamiento para el edificio. Modelación del sistema A continuación se describen las variables necesarias para realizar la modelación del sistema: El ancho del puntal equivalente w, depende de la longitud del elemento de mampostería, conservando el espesor como el espesor original del muro, la formula que propone Priestley y Paulay (1992) es la ecuación 5.1: w=0.25dm (5.1) Donde w es el ancho equivalente propuesta para la diagonal y dm corresponde a la longitud de la diagonal inscrita en el muro. Sin embargo, si hay aberturas presentes y/o daños en el relleno existente, el ancho del puntal equivalente debe ser reducido usando la Ecuación 5.2 53 UAEMéx- Ingeniería Civil wr= w(R1)(R2) (5.2) donde (R1)i y (R2)i son factores de reducción debido a la presencia de aberturas y al daño del relleno respectivamente (Al-Chaar, 2002). Teniendo en cuenta los resultados experimentales obtenidos (Carrillo, 2005), el ancho del puntal diagonal equivalente debe ser corregido de acuerdo con la Ecuación 5.3: wpuntal =3X wr (5.3) El puntal equivalente de mampostería está conectado a los elementos del marco, como se muestra en la Figura 5.3. Figura 5.3 Diagrama de conexión de los puntales equivalentes. Las rotulas asignadas al modelo del programa SAP 2000 se asignaron de la siguiente manera: para castillos se requieren rótulas, en ambos extremos, que representen la carga axial y el momento en ambas direcciones; para dalas las rotulas deben representar el cortante y el momento flexionante, además de estar colocadas en ambos extremos; y finalmente para las diagonales se requieren rotulas que representen la carga axial, las cuales serán colocadas en el centro del elemento. Adicionalmente se deben asignar zonas rígidas en los extremos de los elementos del marco que rodean el muro de mampostería, con el fin de incrementar la rigidez de los nudos. Para las vigas y las columnas, las zonas rígidas deben ser asignadas desde la unión viga/columna (intersección de ejes) hasta una distancia igual a la mitad de la mayor dimensión del elemento que llega al nudo. Procedimiento general El siguiente procedimiento es un esquema general de lo requerido en programas de análisis estructural para realizar un análisis estático inelástico (pushover) utilizando el método del puntal diagonal equivalente: 54 UAEMéx- Ingeniería Civil Crear los elementos del marco con la geometría, apoyos y propiedades de los materiales (dando de alta las propiedades inelásticas de los materiales de acuerdo con las obtenidas en laboratorio). Crear las diagonales equivalentes representando los muros de mampostería y ubicarlos en el modelo. El ancho del puntal equivalente debe ser calculado usando el procedimiento descrito anteriormente. Además, se deben tener en cuenta los daños que existen en los muros, para la modelación de estructuras existentes, afectando la rigidez y el amortiguamiento con un factor de reducción que incorpore los niveles de daño en dichos elementos (en el presente trabajo se propone una estructura sin daños, por lo que dicho factor de reducción no aplica) Asignar zonas rígidas en las uniones del marco para representar la intersección real entre elementos viga y columna. Las zonas rígidas deben modelarse con un factor de rigidez de 0.5, es decir la mitad de la zona rígida se considera efectiva. Asignar rótulas plásticas a los elementos del marco con el comportamiento apropiado carga-deformación para la sección y material particular. Para vigas, la rotula plástica debe tener en cuenta el comportamiento no lineal a flexión y cortante. Para columnas, la rotula debe tener en cuenta la interacción entre la carga axial y la flexión, así como las propiedades no lineales asociadas con el cortante. Las rótulas en las columnas y las vigas deben estar localizadas en los extremos de cada uno de estos elementos teniendo en cuenta las zonas rígidas que se forman en sus intersecciones. Asignar rótulas plásticas en la mitad de la longitud del puntal equivalente, tomando en cuenta únicamente la carga axial. Aplicar las cargas de gravedad como condiciones iniciales del análisis de pushover. Realizar el análisis de pushover mediante la aplicación de una carga monotónica, sobre los elementos para obtener el equilibrio después de que una rótula plástica pierde capacidad debido a la excesiva deformación. A continuación se realiza la modelación estática no lineal de los cuatro sistemas constructivos, suponiendo que serán edificados en el Estado de México, los cuales fueron diseñados de acuerdo con las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería. Para realizar esta modelación se utilizó el Programa SAP 2000 V12 (Computers and Structures, 2008). Los modelos se representan por elementos elásticos con rótulas y zonas rígidas en sus extremos. El programa SAP 2000 tiene herramientas para operar de acuerdo al ATC-40, por lo tanto, la entrada sísmica se puede representar a partir de un espectro de diseño definido por la normativa o por cualquier otro definido por el usuario. Como en el análisis realizado se utilizan cuatro sismos con diferentes magnitudes, primero se introduce al programa el acelerograma calculado para el Estado de México y para un terreno tipo 1, posteriormente se obtiene el espectro de respuesta para ser asociado a este acelerograma, el cual en una segunda corrida se introduce como un espectro de respuesta definido por el usuario, para finalmente calcular el punto de desempeño. A continuación se mencionan los parámetros generales que se utilizaron para los cuatro sistemas: 55 UAEMéx- Ingeniería Civil Capacidad de la estructura Las curvas pushover (curvas de capacidad) se construyeron hasta un desplazamiento igual al 2.5% de la altura del prototipo (hasta que este desplazamiento objetivo es excedido o la estructura sufre colapso), este desplazamiento corresponde a 12.3 cm ya que la altura total del prototipo es de 4.95 m. Las capacidades de las estructuras se calcularon para la dirección x. Para la distribución vertical de carga lateral se utilizó una carga lateral proporcional a la distribución del cortante de piso calculado por combinación de respuesta modal (con análisis de espectro de respuesta de la estructura), usando el espectro del movimiento del suelo correspondiente para el prototipo. La capacidad inelástica de las columnas se asignó en principio por defecto en el Programa SAP 2000, obteniendo resultados que no corresponden con la mampostería estudiada, por lo que luego se cálculo la capacidad de sus rótulas teniendo en cuenta la carga axial que soportan en su punto de comportamiento máximo, acorde con resultados obtenidos de diversas pruebas de laboratorio. Por ejemplo para el adobe se utilizaron los datos de pruebas en muros de adobe hechas en el Laboratorio de la Facultad de Ingeniería (Vera y Miranda, 2004), dichos resultados se ingresan al SAP modificando las propiedades inelásticas de los materiales dadas de alta previamente. Comportamiento Para la evaluación del desplazamiento hasta el cual llegará cada una de las estructuras con el sismo de diseño, se empleó el Método del Espectro de Capacidad. Este es el método propuesto por el ATC-40. Para el cálculo del punto de comportamiento se escoge el caso más crítico, calculando la capacidad de la estructura con los parámetros uniforme y modal. Modelación Las figura 5.4 muestra el modelo y en la 5.5 la curva representando el caso de tabique de barro rojo recocido. de capacidad, del edificio analizado, Figura 5.4 Geometría del modelo con diagonales simulando muros de mampostería 56 UAEMéx- Ingeniería Civil Caracterización de los estados de daño Para definir los límites de los estados de daño para los sistemas se utilizan los resultados del análisis estático no lineal, por medio de la curva de capacidad (gráfica pushover en términos de la aceleración espectral y desplazamiento espectral) que se muestra para cada material en la figura 5.4. a) a partir de este análisis, es posible identificar de manera rápida y sencilla la evolución del daño en los diferentes elementos estructurales. La lectura de los desplazamientos o de las derivas laterales indica el grado de daños experimentados y determina diferentes niveles de desempeño estructural, tal como se indican en la figura 5.5, en donde se muestran los rangos de los daños y las condiciones límites de cada nivel. En este estudio se consideró adecuado definir el Nivel I para la condición del límite elástico, el Nivel II para los daños menores, el Nivel III como daños límites de reparación, el Nivel IV en la prevención de colapso y el Nivel V para el colapso(Lobo, 2004). Otros asocian estos niveles a estados límites de desempeño, quedando designados así: EL-O.- Estado límite de funcionamiento pleno; EL-1.- Estado límite de Servicio; EL-2.- Estado límite de seguridad; EL-3.- Estado Límite de capacidad; EL-4.- Estado límite de ruina (Hernández, 1997) La Tabla 5.2 muestra los criterios adoptados, en este trabajo, para identificar los límites de los cinco niveles de desempeño. Figura 5.5 Curva de capacidad, niveles de desempeño y límites de daños, para el caso de tabique rojo recocido. 57 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 5.2. Criterios para la identificación de los niveles de desempeño Nivel de Estado de Criterios de desempeño daño identificación Totalmente Sin daño Agrietamiento de operacional algún elemento Operacional Leve Cedencia de alguno de los elementos Seguridad Moderado Cedencia de todos los elementos Próximo al colapso Severo Agotamiento de algún muro Colapso Colapso Agotamiento de toda una planta del edificio A partir de los criterios enunciados en la Tabla 5.2, se identificaron para cada uno de los modelos y para cada estado de daño, el valor del desplazamiento espectral límite Sd máx y el desplazamiento máximo para el segundo nivel en la dirección x. El procedimiento empleado para ello, consta de los siguientes pasos: 1. Se construye la curva de capacidad para cada uno de los materiales, los cuales se muestran en figura 5.6. Figura 5.6. Cálculo de la curva de capacidad para los diferentes materiales 58 UAEMéx- Ingeniería Civil A la par de la grafica anterior se presenta en la figura 5.7 la curva pushover (cortante basaldesplazamiento) y en la tabla 5.3 se presentan las ductilidades alcanzadas y el cortante basal máximo presentado en cada uno de los sistemas. Figura 5.7. Cálculo de la curva pushover para los diferentes materiales Tabla 5.3. Ductilidad y cortante basal de los diferentes sistemas. Sistema Cortante basal máximo Ductilidad Tabique 29.5 2.8 Piezas Cerámicas 31.8 3.1 Adobe 9.1 1.2 Block 21.3 2.1 2. Se identifican sobre la curva de capacidad, los umbrales de desplazamiento espectral asociados a cada estado de daño (Sd1: leve, Sd2: moderado, Sd3: severo y Sd4: colapso), de acuerdo a los criterios enunciados en la Tabla 5.2 (ver también Figura 5.2). Estos valores, corresponden al desplazamiento a partir del cual se producen los estados de daño, así por ejemplo, Sd1 es el valor de desplazamiento espectral a partir del cual se producen daños leves. En el caso del nivel de desempeño ”totalmente operacional”, se consideran sin daño, aún cuando es frecuente que en la casas aparezcan fisuramientos menores. 3. Con estos valores se calcula el desplazamiento máximo, ver tabla 5.4, para el segundo nivel en la dirección x, considerando los desplazamientos en esta dirección como los más desfavorables. 59 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 5.4. Desplazamiento máximo para el segundo nivel dirección x Desplazamiento máximos en cm para el segundo nivel en la dirección X Para daño Para daño Para daño Para posible leve moderado severo colapso Tabique de barro rojo recocido 1.9 2.5 4.2 5.4 Piezas Cerámicas 2.0 2.9 4.0 6.0 Tabicón Adobe 1.9 1.2 3.0 1.8 3.7 2.6 5.1 3.2 4. Se calcula el espectro elástico para posteriormente obtener la demanda sísmica reducida e interceptarla con la curva de capacidad para obtener el punto de desempeño. En la figura 5.8 se muestra el punto de desempeño para el caso de tabique rojo recocido y el espectro, (que corresponde a un sismo raro, como se clasifica en la tabla 5.4) al cual le corresponde el 10% de probabilidad de excedencia en 50 años. Figura 5.8. Cálculo del punto de desempeño 5. Se construye una curva que relaciona el valor del desplazamiento espectral sd con el desplazamiento máximo del segundo entrepiso para el eje x, figura 5.9.En el eje y se gráfica el porcentaje correspondiente a desplazamiento que presenta con respecto a la altura, y en 60 UAEMéx- Ingeniería Civil el eje x se muestra el desplazamiento espectral, ambos asociados a una misma aceleración. Figura 5.9. Relación entre los valores máximos de desplazamiento para el segundo nivel y los desplazamientos espectrales correspondientes. Este procedimiento se aplica para los cuatro materiales y para los cuatro sismos que se mencionan en la tabla 5.4, de esta manera y con la ayuda del programa Crystal ball se hace un análisis probabilístico que permitió obtener las curvas de fragilidad y las matrices de probabilidad de daño para cada uno de los elementos, lo cual se describe con más detalle en el siguiente apartado. Análisis probabilista de los estados de daño para diferentes intensidades de sismo Los recientes avances en la ingeniería sísmica indican que los métodos probabilistas deben ser utilizados para proporcionar las bases para la mejora del diseño sismorresistente de estructuras y para establecer las condiciones de las metodologías de evaluación del daño. Las comparaciones realizadas entre los daños observados y los calculados, muestran que, a pesar de los recientes avances en el análisis dinámico no lineal y en el modelado de estructuras, hay fuertes limitaciones al utilizar métodos puramente deterministas para evaluar el daño en las estructuras después de ocurrido un sismo. Las incertidumbres tanto en los parámetros sísmicos como estructurales, pueden producir discrepancias significativas entre el comportamiento observado y el calculado. Por lo tanto, los métodos probabilistas son esenciales para proporcionar una perspectiva del comportamiento estructural ante la ocurrencia de un determinado sismo (Ellingwood, 2001). En el caso de la acción sísmica, una solución ideal para este problema, sería contar con un amplio número de registros de sismos que hayan ocurrido en la zona de interés, que permitieran definir claramente la sismicidad de la zona y los efectos locales. Son muy pocas las zonas que, aún con una actividad sísmica alta, disponen de una cantidad suficiente de registros. Una forma de superar esta limitación, consiste en generar un grupo de acelerogramas sintéticos, a partir de la información existente, que reflejen tanto las variaciones de intensidad, duración, amplitud y contenido de frecuencias, como las condiciones locales del suelo. En cuanto al indicador de la respuesta estructural, 61 UAEMéx- Ingeniería Civil es necesario seleccionar un parámetro que permita cuantificar el daño y que pueda relacionarse, a partir de ciertos criterios, con los estados discretos de daño, los cuales describen de manera cualitativa los efectos producidos por el sismo en la estructura. Para considerar las incertidumbres en los parámetros sísmicos y estructurales, los métodos probabilistas utiliza técnicas de simulación, como por ejemplo, el método de Montecarlo (para el presente trabajo se usó el programa CrystalBall 0.7 ), mediante el cual, los parámetros sísmicos y estructurales se definen como variables aleatorias que se generan a partir de sus funciones de distribución de probabilidad. Para considerar las incertidumbres en los principales parámetros sísmicos y estructurales, se definen como variables aleatorias y se generan a partir del método de simulación por Montecarlo. Una vez definidos los indicadores de la acción sísmica y la respuesta estructural, la cual depende de los materiales y la forma de la estructura, como variables más representativas para el cálculo de la rigidez y el amortiguamiento, es necesario determinar la relación existente entre ambos parámetros desde un punto de vista probabilista. Mediante un análisis de sensibilidad que pretende mostrar cuales son las variables que más afectan el comportamiento de la estructura y cuáles podrían ser omitidas sin que se vieran afectados los resultados, los resultados de este proceso se muestran gráficamente en la figura 5.10. Figura 5.10. Análisis de sensibilidad En la figura 5.10 se puede observar como la variable que más afecta el comportamiento de la estructura es la probabilidad de ocurrencia de un sismo con un 70.1% de porcentaje de participación. La probabilidad de ocurrencia del sismo se tomó de la referencia que se marca en la metodología para la evaluación del riesgo sísmico propuesta por el Dr. Rosangel Moreno González y se ajusta para la brecha de Guerrero como se muestra en la tabla 5.5. 62 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 5.5. Probabilidad de ocurrencia de un sismo Movimiento Intervalo de Probabilidad de Aceleración del sísmico de Ocurrencia excedencia suelo máxima diseño esperada (g) Frecuente Ocasional Raro Muy raro (Moreno, 2003) 43 años 73 años 475 años 950 años 50 % en 30 años 50 % en 50 años 10 % en 50 años 10 % en 100 años Probabilidad de ocurrencia en 1000 años 0.15 0.48 0.9 1.45 233% 137% 21% 11% Para estimar la vida útil de los sistemas estructurales estudiados fue necesario llevar a cabo una serie de análisis dinámicos no lineales, que permitieron cuantificar el efecto del grupo de acelerogramas sintéticos sobre los sistemas estructurales, uno para cada tipo de material. Este paso se realizó con ayuda del programa SAP 2000 lo cual requirió modelar la estructura a base marcos y los muros como diagonal equivalente, los sismos utilizados se generaron para la zona de estudio, a partir de cuatro sismos registrados en la brecha de Guerrero. Después obtener los resultados del trabajo antes referido, se calcularon los desplazamientos por medio del espectro de respuesta de la estructura (un ejemplo de estos se puede observar en la gráfica de la figura 5.11) para un amortiguamiento de 7% (Terán, 2008), dichos desplazamientos son utilizados para calcular la probabilidad de daño en la curvas de fragilidad, para posteriormente calcular las matrices de probabilidad de daño. Figura 5.11 Espectros de repuesta para diferentes amortiguamientos. 63 UAEMéx- Ingeniería Civil Incertidumbres en la capacidad estructural Entre los diferentes parámetros que afectan la capacidad de una estructura se tienen: la resistencia a la compresión de la mampostería, la resistencia de cedencia del acero de refuerzo en dalas y castillos, el comportamiento histerético, la relación de amortiguamiento y las dimensiones físicas de los diferentes componentes. En este caso sólo se considera la incertidumbre asociada a la resistencia de los materiales debido a que, al tratarse de modelos teóricos, no se cuenta con un estudio estadístico detallado que permita definir claramente la variación en los parámetros geométricos. Por otra parte se ha optado por no considerar incertidumbres en el comportamiento histerético, debido a la variabilidad de los resultados para diferentes mamposterías que no necesariamente se ajustan a las propiedades de los materiales del presente trabajo. Es evidente que existen muchos otros factores que influyen claramente en la vulnerabilidad sísmica de las estructuras, tales como: el proceso constructivo, el control de calidad, la mano de obra, entre otras. No obstante, para considerar todos estos aspectos debe contarse con una gran cantidad de información, la cual no se dispone. Por lo tanto, para el prototipo que se analiza, se consideraron las incertidumbres de las propiedades de la mampostería correspondientes a la resistencia a la compresión f*m y la deformación asociada al eje x del segundo nivel. Estos dos parámetros se definen como variables aleatorias con una distribución normal. Probabilidad El cálculo de la rigidez se relaciona directamente con las propiedades mecánicas de los materiales y la forma de la estructura, de las pruebas realizadas a estos fue posible obtener valores útiles en este análisis tales como la media y la desviación estándar, obteniendo así, la curva de probabilidad para el tabique rojo recocido como se muestra en la figura 5.12. Figura 5.12. Curva de distribución de los datos obtenidos de la resistencia a compresión Incertidumbres en los parámetros de la demanda La incertidumbre asociada con las cargas vivas y muertas es considerablemente más pequeña que la correspondiente a la carga sísmica, para estas variables se utilizó los estándares que marca el Reglamento de Construcción del Distrito Federal y la información de la referencia Meli (2000). En 64 UAEMéx- Ingeniería Civil Probabilidad adición para carga muerta se consideró otra variable denominada “Espesor de la losa” en general el espesor de la losa se tomó como 12 cm pero en este apartado trata de la variación que se puede esperar debido a la disminución o aumento de este espesor. Las curvas de probabilidad son las que se muestran en las figuras 5.13, 5.14 y 5.15 para la carga viva de entrepiso, carga viva de azotea y muerta respectivamente. Probabilidad Figura 5.13 Distribución triangular de la carga viva de entrepiso Probabilidad Figura 5.14 Distribución triangular con parámetros carga viva de azotea Figura 5.15. Distribución normal propuesta para la carga muerta. Probabilidad de daño para diferentes demandas sísmicas La demanda sísmica se representa por los espectros de respuesta de los acelerogramas sintéticos, los cuales fueron generados para sismos con epicentro en el Estado de Guerrero. Los que generan una demanda de desplazamiento, que corresponde a diferentes estados de daño, obteniéndose de esta forma, para cada valor del indicador de la intensidad del movimiento la demanda correspondiente. Las curvas que relacionan la probabilidad acumulada de daño con el 65 UAEMéx- Ingeniería Civil parámetro seleccionado para representar la respuesta estructural para cada uno de los sistemas. En las figuras 5.16, 5.17, 5.18 y 5.19 se muestra la probabilidad acumulada de daño para una aceleración máxima esperada correspondiente a los valores establecidos en la tabla 5.6: Tabla 5.6. Aceleraciones usadas en el análisis de los desplazamientos Intervalo de Ocurrencia Probabilidad de excedencia aceleración del suelo máxima esperada (g) 43 años 50 % en 30 años 0.15 73 años 50 % en 50 años 0.48 475 años 10 % en 50 años 0.9 950 años 10 % en 100 años 1.45 Figura 5.16 Gráfica de la probabilidad y probabilidad acumulada de los desplazamientos para aceleración del terreno de 0.15g La figura 5.16 indica que existe una probabilidad de ocurrencia de 10% que para un sismo que genere una aceleración en el terreno de 0.15 g y se tenga un desplazamiento de 0.15 cm; tomando en cuenta las propiedades del material antes definidas, si se observa la siguiente marca, se encontró con una probabilidad del 90% de tener un desplazamiento de 0.27 cm por ser esta condición más probable, en las figuras 5.17, 5.18 y 5.19 se muestra la misma gráfica para aceleraciones del terreno de 0.48g, 0.9g y 1.15g respectivamente. 66 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 5.17 Gráfica de la probabilidad y probabilidad acumulada de los desplazamientos para una aceleración del terreno de 0.48g Figura 5.18 Gráfica de la probabilidad y probabilidad acumulada de los desplazamientos para una aceleración del terreno de 0.9g 67 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 5.19 Gráfica de la probabilidad y probabilidad acumulada de los desplazamientos para una aceleración del terreno de 1.45g Curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño Con los resultados anteriores, se obtuvo finalmente la vulnerabilidad para cada sistema analizado, representada por medio de curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño. Los primeros resultados obtenidos corresponden a curvas que representan la distribución de probabilidad condicional de daño (representadas por el desplazamiento en el segundo entrepiso para el eje x) para cada nivel de aceleración, estas son las curvas de fragilidad representadas en la Figura 5.20. A partir de estas curvas y utilizando los cuatro estados discretos de daño (leve, moderado, severo y colapso) se obtienen las curvas de fragilidad ya referidas a los umbrales de daño como se muestran en la Figura 5.21. 68 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 5.20 Curvas de fragilidad. Para calcular la matriz de probabilidad de daño se utilizan las curvas de fragilidad que para este caso están en términos del desplazamiento y la probabilidad de ocurrencia acumulada, para diferentes aceleraciones, las curvas de fragilidad encontradas se muestran en la Figura 5.21. En términos de la probabilidad de ocurrencia y desplazamiento se genera la matriz de probabilidad de daño al referir los límites de comportamiento antes definidos. De esta manera se obtienen las matrices de probabilidad de daño representadas en las tablas 5.7, 5.8, 5.9 y 5.10 para tabique, pizas cerámicas, adobe y tabicón respectivamente. 69 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 5.21 Delimitación de los umbrales de daño. Tabla 5.7. Matriz de probabilidad de daño para el caso de tabique rojo recocido. Valores probabilidad de daño Aceleración del terreno (g) Leve Moderado Severo Posible colapso 0.15 93% 0.48 90% 12% 0.9 92% 34% 1.45 90% Tabla 5.8. Matriz de probabilidad de daño para el caso de las piezas cerámicas. Aceleración Leve Moderado Severo Posible del terreno colapso (g) 0.15 91% 0.48 88% 12% 0.9 90% 31% 1.45 88% 70 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 5.9. Matriz de probabilidad de daño para el caso de tabique abobe. Aceleración Leve Moderado Severo Posible del terreno colapso (g) 0.15 40% 5% 0.48 97% 3% 0.9 98% 1.45 100% Tabla 5.10. Matriz de probabilidad de daño para el caso de tabique tabicón. Aceleración Leve Moderado Severo Posible del terreno colapso (g) 0.15 98% 5% 0.48 98% 34% 0.9 98% 45% 1.45 94% Para tener una visualización más completa de estos resultados se construyeron las gráficas mostradas en las figuras 5.22, 5.23, 5.24 y 5.25 para aceleraciones del terreno de 0.15 g, 0.48 g, 0.9 g y 1.15 g respectivamente. Figura 5.22 Comparación de la probabilidad de daño para una aceleración de 0.15 g 71 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 5.23 Comparación de la probabilidad de daño para una aceleración de 0.48 g. Figura 5.24 Comparación de la probabilidad de daño para una aceleración de 0.9 g. 72 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 5.25 Comparación de la probabilidad de daño para una aceleración de 1.45 g. Vida útil de las estructuras Las mayor parte de las estructuras generalmente son diseñadas y construidas para satisfacer un conjunto de requisitos arquitectónicos, funcionales, estructurales, de comportamiento, de estabilidad y de seguridad, durante un cierto período de tiempo, sin que se generen costos inesperados por mantenimiento o reparación. Este período de tiempo constituye la vida prevista o vida proyectada en servicio. Normalmente, para edificaciones convencionales este período de tiempo puede ser de 50 años (Yepéz, 1996). Lo anterior, no implica necesariamente que al cumplirse el período de vida en servicio, la estructura deba ser demolida; sino que el costo de su mantenimiento para garantizar las condiciones originales hacia el futuro, es probable que se incremente por encima del que se considera apropiado durante la vida prevista en proyecto. Por ello, al cabo de la vida de servicio debe estudiarse si el futuro costo de mantenimiento está razonablemente justificado (técnica y económicamente), o si es más apropiado demoler y reconstruir la estructura. Como consecuencia de lo anterior, debe entonces definirse el concepto de Vida Útil de la estructura, el cual tiene relación con el comportamiento de la misma, bajo unas ciertas y determinadas condiciones de servicio, durante un período de tiempo suficientemente largo. Por lo tanto, se considera como vida útil de una estructura, el período de tiempo en el cual, se conservan los requisitos previstos de seguridad, funcionalidad y estética (aspecto), con costos razonables de mantenimiento. Dentro de la caracterización de este concepto se pueden desprender varios subconceptos a considerar por ejemplo la vida útil de proyecto, la vida útil de servicio, la vida útil última o total y la vida útil residual, dentro del presente trabajo, interesa calcular un aproximado, ya sea en términos relativos o absolutos, de la vida útil o total; para lo cual se enuncia su definición: 73 UAEMéx- Ingeniería Civil La vida útil última o total (…)está definida como el período de tiempo que va desde que se inicia la ejecución de la estructura hasta que se presenta su colapso parcial o total. Es decir, que la vida útil total es la suma del «período de iniciación» del deterioro, del «período de propagación» del mecanismo de daño o del agente de deterioro que agreden al concreto o al acero de refuerzo, y del «período de colapso» parcial o total. En la etapa de «colapso», se pueden presentar roturas, o colapsos parciales o el colapso total de la estructura; y usualmente, corresponde al período de tiempo en el cual puede haber una reducción significativa de la sección neta resistente del acero de refuerzo, una pérdida importante de la adherencia entre el concreto y el acero, o una disminución importante de la capacidad resistente de concreto (fatiga del material), como consecuencia de la acción de los mecanismos de daño.( Sánchez, 2006) Tomando como referencia lo anterior se calcula la vida útil de los diferentes sistemas en términos relativos a partir de la vivienda que presentó una menor probabilidad de daño, asignándole una vida útil correspondiente a 50 años, para un sismo en el que se espera tengan daños de moderados a severos, en la figura 5.22 se observa que la mayoría de los sistemas analizados caen en este rango, como se muestra de manera resumida en la tabla 5.11, en donde además permite observar que el comportamiento del adobe para una aceleración de 0.48 g tiene 3% de probabilidad de presentar posible colapso. Tabla 5.11.Probabilidad de daño para sismo con aceleración de 0.48 g Material Piezas cerámicas Tabique de barro rojo recocido Tabicón Adobe Leve Moderado Severo Posible colapso - 88.44% 11.79% - - 90.00% 12.00% - - 98.00% - 34.00% 97.00% 3.00% De este análisis se puede establecer que en términos relativos el material que presenta un mejor comportamiento es el de piezas cerámicas, al cual se le asigna una vida útil de 50 años, quedando en segundo lugar del tabique de barro rojo recocido, seguido del tabicón y en último lugar el adobe. En estos términos la tabla 5.12 muestra la vida útil relativa con respecto a las piezas cerámicas para cada material. 74 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla 5.12. Vida útil relativa de los diferentes materiales utilizados Material Vida útil relativa Piezas 1 cerámicas Tabique 0.98267327 de barro rojo recocido Tabicón 0.9024 Adobe 0.4489 Vida útil relativa en años 50 49 45 22 Como era de esperarse el adobe fue el que mostró menor durabilidad, es importante señalar se toma con las propiedades del material hecho de manera artesanal, sería interesante considerar agregar algún tipo de aditivo cementante y comparar su resistencia y durabilidad. 75 UAEMéx- Ingeniería Civil CAPÍTULO VI: Análisis de las emisiones contaminantes en la vivienda de interés social. El proceso de construcción puede tener un importante impacto en los recursos del lugar y del entorno. Las prácticas de construcción que se realizan de forma consciente pueden reducir estos trastornos en el medio ambiente. Por eso es importante que el trabajo en equipo desarrolle directrices para llegar a un acuerdo con constructores a fin de garantizar que se entienda que se requiere una construcción sustentable, en este capítulo se describe la metodología seguida para el cálculo de cargas energéticas y análisis de ciclo de vida para contribuir a la reducción de la afectación al medio ambiente. Análisis de cargas energéticas del prototipo de vivienda de interés social a partir de los diferentes materiales Dentro del análisis de ciclo de vida la metodología marcada en las Normas ISO, propone seguir tres etapas principalmente las cuales son: Inventario Análisis de Impacto Interpretación Para tener una idea más amplia de cada una de estas etapas se pueden definir de la siguiente manera: Inventario Esta fase comprende la obtención de datos y los procedimientos de cálculo para identificar y cuantificar todos los efectos ambientales adversos asociados a la unidad funcional. De una forma genérica se denominan estos efectos ambientales como "carga ambiental". Esta se define como la salida o entrada de materia o energía de un sistema causando un efecto ambiental negativo. Con esta definición se incluyen tanto las emisiones de gases contaminantes, como los efluentes de aguas, residuos sólidos, consumo de recursos naturales, ruidos, radiaciones, olores, etc. Cuando se trabaje con sistemas que impliquen varios productos, en esta fase se procederá a asignar los flujos de materia y energía, así como las emisiones al medio ambiente asociadas a cada producto o subproducto. Análisis de Impacto La estructura de esta fase viene determinada por la normativa ISO 14042, considerando como elementos obligatorios los siguientes: 1. Selección de las categorías de impacto, indicadores de categoría y modelos. 2. Clasificación. En esta fase se asignan los datos procedentes del inventario a cada 76 UAEMéx- Ingeniería Civil categoría de impacto según el tipo de efecto ambiental esperado. Una categoría de impacto es una clase que representa las consecuencias ambientales generadas por los procesos o sistemas de productos. 3. Caracterización. Consiste en la modelización, mediante los factores de caracterización, de los datos del inventario para cada una de dichas categorías de impacto. Una diferencia importante entre los diferentes métodos de evaluación de impactos reside en la opción de analizar el efecto último del impacto ambiental, "endpoint", o bien, considerar los efectos intermedios, "midpoints". Las categorías de impacto ambiental intermedias se hallan más cercanas a la intervención ambiental, permitiendo, en general, modelos de cálculo que se ajustan mejor a dicha intervención. Éstas proporcionan una información más detallada, en cuanto a l a manera y en el punto que es afectado el medio ambiente. Las categorías de impacto finales son variables que afectan directamente a la sociedad, por tanto su elección resultaría más relevante y comprensible a escala global. Sin embargo, la metodología para llegar a cuantificar el efecto último no está plenamente elaborada ni existe el suficiente consenso científico necesario para recomendar su uso, como se menciona en (Hendriks, 2005). Por todo ello, actualmente, es más común recurrir a categorías de impacto intermedias. Interpretación La interpretación es la fase de un LCA en la que se combinan los resultados de análisis del inventario con la evaluación de impacto. Los resultados de esta interpretación pueden adquirir la forma de conclusiones y recomendaciones para la toma de decisiones. Permite determinar la fase del ciclo de vida del producto en el cual se generan las principales cargas ambientales y por tanto que puntos del sistema evaluado pueden o deben mejorarse. En los casos de comparación de distintos productos se podrá determinar cual presenta un mejor comportamiento ambiental. LCA Software En los últimos años y basados en la metodología del LCA se han desarrollado numerosos programas para facilitar su cálculo. La mayoría de estos programas incluyen bases de datos que pueden variar en extensión y calidad, y por lo tanto en el precio. Las bases de datos de inventarios públicos vienen incorporadas en la mayoría de los programas comerciales. En ellos se introducen los datos que configuran el inventario para posteriormente realizar los cálculos propios de la fase del inventario, obteniéndose los resultados para las diferentes categorías de impacto elegidas. Algunos de estos programas realizan también análisis de sensibilidad e incertidumbre. Como ejemplos de software presentes en el mercado se pueden citar GaBi (IKP), LCAiT (Chalmers), Sima Pro (Pré Consultants) uno de los más extendidos por su facilidad en el manejo, TEAM (ecobilan group), Umberto (IFEU),... La tabla 6.1 presenta algunas de las herramientas existentes en el 77 UAEMéx- Ingeniería Civil mercado actualmente. Tabla 6.1 Principales herramientas usadas en la elaboración de LCA * *(Cardim, 2001 ) Evaluación del impacto del Ciclo de Vida Como se ha definido anteriormente primero deben determinarse qué categorías de impacto van a ser consideradas, para posteriormente, evaluar la importancia de los potenciales impactos ambientales utilizando los resultados del análisis del inventario, el análisis se realizó por medio del programa Sima Pro 0.7, se eligió este programa por que cuenta con métodos y bibliotecas que toman en cuenta las condiciones de América Latina, además de permitir analizar de forma detallada los procesos de cada uno de los sistemas por analizar, así como identificar la etapa y/o proceso que más contamina dentro del sistema. Para realizar dicho análisis en necesario tener en cuenta lo que se marca en las Normas ISO, así como las consideraciones del método a utilizar en la realización del análisis de ciclo de vida, lo cual da lugar al siguiente aparatado. Consideraciones Iníciales Para poder llegar al análisis de ciclo de vida de la vivienda de interés social primero fue necesario calcular su vida útil, en este caso se utilizó la ponderación basada en la probabilidad de daño, que se 78 UAEMéx- Ingeniería Civil explico en el capitulo anterior, posteriormente se identificaron los procesos de fabricación y puesta en obra para cada material y de esta manera analizar las emisiones nocivas al medio ambiente, que se registran de manera detallada en el anexo D, para mayor referencia. Para realizar el análisis de ciclo de vida se utilizó, como ya se mencionó, el programa Sima Pro. 7.0 dicho programa toma en cuenta diversos métodos para el cálculo de cargas energéticas, el método utilizado para el presente trabajo es el método de las BEES (Building for Environmental and Economic Sustainability) (Lippiatt, 1998) el cual se desarrolló para analizar ciclos de vida referentes al sector de la construcción, más sobre este tema se discutirá más adelante; otro factor igualmente importante es la incorporación de la normas ISO para el análisis y la interpretación de resultados, se hace la aclaraciónque dichas normas presentan condicionantes para la publicación de comparaciones con fines comerciales, como en este caso no se tienen ese fin, se hacen comparaciones entre los procesos que no siguen estrictamente la norma. Método de las BEES BEES son las siglas de Construcciones para la Sustentabilidad Ambiental y Económica, es una herramienta de software desarrollada por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). BEES combina una evaluación parcial del ciclo de vida y costo del ciclo de vida para la construcción y materiales de construcción en una sola herramienta. Los resultados se presentan en términos de impacto de evaluación del ciclo de vida, costos o una combinación de ambos, como puede verse en la Figura 6.1. Figura 6.1.Estructura metodológica del método de las BEES* *Se deja tal y como aparece en la Fuente:http://www.concretethinker.com/Papers.aspx?DocId=316,http://www.bfrl.nist.gov/oae/software/bees/registration.html 79 UAEMéx- Ingeniería Civil Las siguientes seis categorías de evaluación del impacto de ciclo de vida son utilizadas por las BEES: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Potencial de calentamiento global Acidificación Eutrofización potencial Agotamiento de los recursos naturales Residuos sólidos Calidad del aire interior A continuación se explican las categorías usadas en la evaluación del impacto de ciclo de vida, que así lo requieren: Acidificación Consiste en la deposición de ácidos resultantes de la liberación de óxidos de nitrógeno y sulfuro en la atmósfera, en el suelo y en el agua, dónde puede variar la acidez del medio cosa que afectará a la flora y fauna que habita en él, produce deforestación y también puede afectar a los materiales de la construcción. Las áreas de protección serán salud humana, recursos naturales entorno natural y modificado por el hombre. Eutrofización En esta categoría se incluyen los impactos debidos a un alto nivel de los macronutrientes, nitrógeno y fósforo. Su incremento puede representar un aumento de la producción de biomasa en los ecosistemas acuáticos. Un aumento de las algas en los ecosistemas acuáticos producirá una disminución del contenido de oxígeno debido a que la descomposición de dicha biomasa consumirá oxígeno medido como DBO (demanda bioquímica de oxígeno). Este consumo de oxígeno puede conducir a alcanzar unas condiciones anaerobias que provocarán la descomposición causada por bacterias anaeróbicas que liberarán CH4, H2S y NH3. En último término desaparece cualquier tipo de vida aeróbica. El proceso de eutrofización aumenta en verano. Toxicidad En esta categoría se contemplan los efectos sobre los humanos y los ecosistemas acuáticos y terrestres por substancias tóxicas existentes en el ambiente. Afecta a las áreas de protección, salud humana, entorno natural y recursos naturales. Estas categorías son aquellas para las cuales el factor destino y especialmente el transporte a través de diferentes medios, "intermedia transport" tiene más importancia. Un contaminante no permanece en el medio, compartimento ambiental, (entiéndase aire, suelo, agua superficial, agua subterránea mar,...), en que es emitido sino que puede desplazarse y alcanzar otros compartimentos que serán a su vez contaminados. Una determinada substancia puede incluso ser más dañina en un medio diferente al de su emisión. 80 UAEMéx- Ingeniería Civil Cambio climático La tierra absorbe la radiación del sol. Esta energía es redistribuida por la atmósfera y los océanos y retornada en forma de radiación de infrarrojo térmico. Parte de esta radiación es absorbida por los gases existentes en la atmósfera provocando el calentamiento del planeta, a este fenómeno se denomina efecto invernadero. Estos gases son principalmente el vapor de agua y el CO2 y otros gases como CH4, N2O, y CFCs. La acción humana ha provocado un incremento de las emisiones de estos gases lo que lleva o puede llevar a un sobrecalentamiento del planeta y por lo tanto a la alteración de sus condiciones. Agotamiento del ozono estratósferico La capa de ozono está presente en la estratosfera y actúa como filtro absorbiendo la radiación ultravioleta. La disminución de la capa de ozono provoca un incremento de la cantidad de radiación UVB que llega a la superficie de la tierra. Dichas radiaciones son causa de un aumento de algunas enfermedades en humanos (cáncer de piel, supresión sistema inmunitario, cataratas,...), afectan a la producción agrícola, degradación de materiales plásticos e interfieren en los ecosistemas. Afecta por tanto a las cuatro grandes áreas de protección: salud humana, entorno natural, entorno modificado por el hombre y recursos naturales. La mayoría de los cloruros y bromuros, procedentes de compuestos fluorocarbonados, CFCs y otras fuentes, reaccionan en presencia de las nubes estratosféricas polares (PSCs) emitiendo cloruros y bromuros activos que bajo la acción catalizadora de los UV provocan la descomposición del ozono. Una vez identificados y cuantificas dichos categorías de impacto ambiental otro factor importante a considerar es identificar qué tipo de impacto se está considerando, si este es un impacto real o potencial. Se debe distinguir entre el impacto real, aquel que probablemente ocurrirá y el potencial que es aquel que podría darse si coincidieran una serie de circunstancias, no siempre probables, que así lo pudieran provocar. Los métodos de análisis de impacto fueron originalmente desarrollados para analizar los impactos potenciales. Sin embargo, recientemente ha habido un cierto interés en desarrollar métodos que tengan en cuenta factores como por ejemplo la localización del impacto, con el objetivo de acercarse más a la realidad (Daly et al, 1997). El análisis en términos potenciales puede significar un camino correcto para detectar un problema, sin embargo en la mayoría de los casos puede dar lugar a soluciones sobre dimensionadas. Sin embargo, el análisis de los impactos reales significa conocer más y más detalles del momento en que la emisión tiene lugar: condiciones meteorológicas, temperatura, pH, ¿cuántos habitantes están expuestos en el momento de la emisión? y profundizar en esta población, ¿cuántos niños?, ¿cuántos enfermos?, ¿cuántas mujeres embarazadas?...Es evidente que no afectará a todos por igual. Por lo tanto un análisis en términos más detallados resulta muy complejo. Para el presente trabajo se considera el impacto potencial, porque es difícil saber con precisión que materiales exactamente utilizan las empresas constructoras, si siguen o no la norma correspondiente, si existe una buena supervisión, etc., por tal motivo el análisis de cargas energéticas se realiza, con las 81 UAEMéx- Ingeniería Civil consideraciones detalladas a lo largo del trabajo, dando como resultado un aproximado de los impactos que pudiese ocasionar la vivienda de interés social, para los materiales propuestos y analizando únicamente la fase de construcción, no así la de mantenimiento, uso y disposición final. Normas ISO 1400 En estudios de LCA (Análisis de ciclo de vida) siempre debe usar unidades funcionales, que son definidas por la norma ISO 14 040-043. Esta es una familia de normas internacionales continuamente en desarrollo. ISO 14000 especifica los requisitos para un sistema de gestión ambiental (EMS), que permite que una organización pueda formular políticas y objetivos en este ámbito. El uso del LCA en el sector de la construcción puede servir para seleccionar materiales con menor impacto ambiental y para optimizar el uso de recursos adoptando nuevas soluciones que optimicen la relación entre la envolvente y el ambiente externo, individualizando virtudes y defectos de las elecciones durante la construcción, vida útil, desmantelamiento y descarga al final. De acuerdo a la ISO 14040, las etapas de un LCA son: Definición de objetivos y alcance. Inventario. Evaluación de Impactos. Interpretación. Este procedimiento se aplica a aquellos aspectos medioambientales que la organización pueda controlar y sobre los que se puede esperar que tengan influencia. Por otro lado las normas no especifican con suficiente detalle los criterios de desempeño ambiental, lo que obliga a precisar las emisiones contaminantes en cada etapa que se incluye dentro del análisis de ciclo de vida. Un EMS (sistema de gestión ambiental) es una parte del sistema de gestión global que incluye: estructura organizativa, la planificación de actividades, responsabilidades, prácticas y recursos para desarrollar y mantener la política medioambiental. En 1994, se estableció dentro de ISO el comité técnico TC207 relacionado con la normalización de herramientas ambientales, incluido el LCA. Dentro de la normalización ISO deberán distinguirse entre normativas e informes técnicos. Hasta ahora se han elaborado cuatro normativas relacionadas con el LCA: ISO 14040 (1997): especifica el marco general, principios y necesidades básicas para realizar un estudio de LCA, no describiéndose la técnica del LCA en detalle . 82 UAEMéx- Ingeniería Civil ISO 14041 (1998): en esta normativa se especifican las necesidades y procedimientos para elaborar la definición de los objetivos y alcance del estudio , así como para realizar, interpretar y elaborar el informe del análisis del inventario del ciclo de vida, ICV (LCI). ISO 14042 (2000): se describe y se establece una guía de la estructura general de la fase de análisis del impacto, AICV (LCIA). Se especifican los requerimientos para llevar a cabo un AICV y se relaciona con otras fases del LCA . ISO 14043 (2000): esta normativa proporciona las recomendaciones para realizar la fase de interpretación de un LCA o los estudios de un ICV, en ella no se especifican metodologías determinadas para llevar a cabo esta fase. Se han elaborado además documentos técnicos para ayudar a la elaboración de estudios de LCA como son: ISO TR 14047 (2002): proporciona un ejemplo de cómo aplicar la norma ISO 14042 (ISO14047, 2002). ISO/CD TR 14048 (2002): este documento proporciona información en relación con los datos utilizados en un estudio de LCA (ISO-14048, 2002). ISO/TR 14049 (1998): este informe técnico proporciona ejemplos para realizar un ICV de acuerdo con ISO 14041. Estos ejemplos deberán entenderse como no exclusivos y que reflejan parcialmente un ICV (ISO-14049, 1998). El método BEES sigue la orientación de la norma ISO 14040 para proyectos LCA. ISO 14 001 sistemas de especificaciones (EMS) (Gestión ambiental) ISO 14 004 Sistemas y técnicas de apoyo (Guía de principios generales) ISO 14 020-24 medición del medio ambiente ISO 14 040-043 Análisis de Ciclo de Vida ISO 14 050 Términos y definiciones ISO 14 064 Especificaciones Guía de Productos ISO/TC59/SC 14 Período de vida de construcción Hay cuatro estándares ISO especialmente designados para la aplicación del LCA que se numeran a continuación: 1) ISO 14040: Principios y estructura básica 2) ISO 14041: Definición de objetivo y campo de aplicación y análisis del inventario 3) ISO 14042: Determinación de impacto del ciclo de vida 4) ISO 14043: Interpretación Fuera del estándar 14000, no es posible obtener una acreditación oficial que manifieste que una LCA, una metodología LCA o software LCA tal como SimaPro hayan sido elaborados según el estándar. Entonces, ningún desarrollador de software puede afirmar que LCAs elaborados con cierta 83 UAEMéx- Ingeniería Civil herramienta de software automáticamente cumplan con los estándares. ISO 14042 por ejemplo no permite ponderar categorías de impacto para comparaciones públicas entre productos. Sin embargo, la ponderación se permite expresamente para otras aplicaciones. Eso significa que es responsabilidad de quien hace el análisis hacer uso de la ponderación de una forma adecuada. Ejemplos similares se pueden dar para temas como reglas de asignación, limitaciones de sistema, etc. La consecuencia más importante de tener como meta el apoyo en un estándar ISO es la necesidad de documentar cuidadosamente el objetivo y el campo de aplicación, así como resultados de interpretación. Se tiene una variedad de alternativas para ejecutar LCA siempre y cuando se documente cuidadosamente lo que está haciendo. Análisis del ciclo de vida (LCA) La evaluación del ciclo de vida es un método aceptado internacionalmente para evaluar los impactos ambientales (Baumann, 1994). De acuerdo con el estándar de la norma ISO 140 40, LCA se utiliza para evaluar los aspectos ambientales y el potencial asociado con un producto, por compilación de inventario, la evaluación de impacto ambiental y la interpretación de los resultados. Esto implica cuantificar el flujo de insumos y las salidas de un sistema de producto, la energía y las materias primas, las liberaciones a la atmósfera, la tierra y el agua. Las categorías de datos de la superficie utilizada para los flujos de inventario del grupo, por ejemplo, en el modelo de BEES con flujos como los aldehídos, amoníaco y óxidos de azufre se agrupan en las categorías de datos de las emisiones al aire. Una serie de enfoques pueden ser utilizados para recoger datos de inventario de un LCA. En la evaluación de impacto ambiental se cuantifica con la contribución potencial de las existencias de un producto y los flujos a una serie de impactos ambientales. Para facilitar el trabajo dentro del programa utilizado (Sima Pro ) hay varias opciones para las evaluaciones de impacto del LCA, tales como, el uso directo de los inventarios, la escasez de materiales ecológicos, prioridades ambientales del sistema, la clasificación, caracterización, entre otros. El método de las BEES utiliza este último proceso con el fin de evaluar los impactos globales y locales, supone: el potencial de calentamiento global, el potencial de acidificación, el potencial de la nitrificación, y el agotamiento de los recursos naturales así también incluye los generados por residuos sólidos y los impactos de calidad del aire. Para interpretar el resultado de los pasos anteriores combinados, las medidas de rendimiento para las categorías de impacto deben ser sintetizados. Se trata de medidas de rendimiento de la combinación impacto. Una vez descritos los aspectos generales de esta metodología en seguida se aplica al tema de este trabajo. 84 UAEMéx- Ingeniería Civil Análisis de ciclo de vida para cada uno de los sistemas de mampostería propuestos Tabique En el diagrama de flujo de la figura 6.2 se representa el total de emsiones contaminantes, en el primer cuadro superior se representa el 100% de emisiones contaminantes, los cuadros siguientes representan con línea más gruesa aquellos procesos que más influyen en el total de emisiones con su respectivo porcentaje, con esta base se puede observar facilmente cual es el proceso que presenta un efecto más negativo; que en este caso resulta ser el denominado como tabique rojo recocido, ya que este engloba el proceso de fabricación del tabique de barro rojo recocido y más a detalle se puede concluir de este proceso que la mayor emisión de contaminante se obtienen del proceso de cocción de este material, debido al combustible que se útiliza en dicha etapa. 85 UAEMéx- Ingeniería Civil 1p CV Tabique 100% 1p Pared de tabique 99.7% 1.7E3 kg muros de tabique rojo recocido 99.7% 85 tkm Truck I 1.71% 10 kg Cement (CORUS) I 0.668% 3 kg Clinker I 0.243% 1.7E3 kg desechos de los escombros2 0.254% 1.67E3 kg Construction waste (inert) to landfill S 0.254% 1.7E3 kg tabique rojo recocido 97.3% 340 tkm Bulk carrier I 2.36% 340 tkm Truck I 6.85% 6.9 kg Diesel I 0.537% Figura 6.2. Diagrama de flujo para el sistema hecho a base de Tabique 86 UAEMéx- Ingeniería Civil Un resumen de los resultados se consigna en la tabla 6.2 de la cual se genera la gráfica de barras de la figura 6.3, que resulta una manera sencilla de observar e interpretar los resultados. La forma de interpretar estos resultados se debe hacer para cada una de las afectaciones, esto se hace en seguida para el sistema de muros de tabique: 1. Potencial de calentamiento global, para este rubro la aportación mayor es la que se genera de la cocción del tabique. 2. Acidificación, aquí también se observa de acuerdo a la gráfica que la mayor aportación la da el combustible empleado en la fase de cocción. 3. Eutrofización potencial. (Contaminación potencial del agua) Este apartado también se ve afectado por la fase de cocción y posteriormente por los desechos emitidos. 4. Agotamiento de los recursos naturales, la mayor afectación es provocada también en la fase de fabricación del tabique y se debe a la extracción de los recursos. 5. Residuos sólidos, ocurre durante el proceso de extracción de la materia, las afectaciones son generadas por aquel material que se extrae junto con la materia prima y se desecha por no ser de utilidad para los fines requeridos. 6. Calidad del aire interior. El proceso que más afecta esta fase es el que constituye la cocción, por la cantidad de emisiones nocivas al aire que se desprenden. Tabla 6.2 .unidades de la gráfica 6.3. 87 UAEMéx- Ingeniería Civil 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 % 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Global warming Acidification HH cancer HH noncancer HH criteria air pollutants Eutrophication tabique rojo recocido Ecotoxicity Natural gas I Smog Natural resour ce depletion Bulk carrier I Indoor air quality Habitat alteration Truck I Analizando 1 kg (tabique rojo recocido); Método: BEES V4.01 / Caracterización Figura 6.3. Cuantificación de afectación al medio ambiete de diferentes etapas. 88 Water intake Ozone depletio n UAEMéx- Ingeniería Civil Piezas cerámicas En la figura 6.4 se muestra el diagrama de flujo que se desprende del análisis de ciclo de vida para la estructura hecha a base de muros de piezas cerámicas, en la figura se detalla que el proceso que más contamina es el que corresponde a la fabricación del material, en especifico al proceso de cocción, con un 97.3% del total de las emisiones. Las categorías de evaluación de impacto del ciclo de vida se muestran en los siguientes puntos: 1. Potencial de calentamiento global, es originada de la combustión en el proceso de cocción de las piezas. 2. Acidificación, el mayor impacto se tienen debido al proceso de cocción. 3. Eutrofización potencial, del proceso de cocción se tiene un mayor impacto, aún cuando la extracción de material contribuye en menor medida. 4. Agotamiento de los recursos naturales, del gas natural que se emplea de la cocción de los materiales, ya que este se cuenta dentro de los recursos no renovables. 5. Residuos sólidos, residuos sin uso originados de la extracción de material. 6. Calidad del aire interior, debida a las emisiones de partículas en la fase de extracción en menor medida que a las afectaciones debidas al proceso de cocción. De manera gráfica se muestran estos resultados en la figura 6.4, las unidades y las cuantificaciones son las que se muestran en la tabla 6.3. Tabla 6.3.unidades de la gráfica 6.4. 89 UAEMéx- Ingeniería Civil 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 % 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Global warming Acidification HH cancer HH noncancer HH criteria air pollutants Eutrophication Ceramics I Ecotoxicity Natural gas I Smog Natural resour ce depletion Bulk carrier I Indoor air quality Habitat alteration Water intake Ozone depletio n Truck I Analizando 1 kg (Ceramics I); Método: BEES V4.01 / Caracterización Figura 6.4. Cuantificación de la afectación al medio ambiete en las diferentes etapas para el caso de piezas cerámicas. 90 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabicón Con base en los resultados obtenidos al analizar el tabicón se puede saber que lo que más afecta a este sitema es la contribucion que aporta el gas y los materiales calcinados con el que se procesa el clínker y esto es lo que lo hace, de los procesos analizados, el que más afecta al medio ambiente, esto se analizará con más adetalle posteriormente. En la figura 6.5 se muestra el diagrama de flujo con los porcentajes de contribucion a las emisiones generadas, se observa que el gas utilizado para la cocción del clínker aporta 53% del total de las emisiones para este material. 1p CV Block 100% 1p Pared de block 99.7% 1.7E3 kg muros de block 99.7% 85 tkm Truck I 1.73% 799 kg Clinker I 65.1% 59 MJ Electricity UCPTE coal I 4.85% 1.67E3 kg Construction waste (inert) to landfill S 0.255% 1.7E3 kg Block o tabicón 0.673% 0.244% 53% 0.255% 10 kg Cement (CORUS) I 3 kg Clinker I 2.88E3 MJ Energy gas I 1.7E3 kg desechos de los escombros2 167 MJ Electricity Netherlands ETH I 11% 92.1 MJ Electricity UCPTE gas I 5.61% 97.3% 10.8 MJ Energy oil I 0.237% 850 kg Cement (Portland) I 87.9% 719 MJ Energy oil I 1.01% 340 tkm Truck I 2.38% 6.9% 104 MJ Electricity Netherlands ETH I 15.8% 149 tkm Barge I 340 tkm Bulk carrier I 6.84% 36.8 MJ Electricity UCPTE coal I 3.02% 57.4 MJ Electricity UCPTE gas I 3.5% 35.7 tkm Barge I 0.242% 6.9 kg Diesel I 0.541% 4.53 MJ Electricity UCPTE oil I 0.314% 7.27 MJ Electricity UCPTE oil I 0.503% Figura 6.5. Diagrama de flujo para la estructura fabricada con tabicón 91 UAEMéx- Ingeniería Civil En la figura 6.6 se muestra que el proceso que más contribuye en la afectacion del medio ambiente para todos los rubros analizados es el gas y la materia calcinada que se utiliza en el procesamiento del clínker, las efectaciones son mayoritarias en los siguientes rubros: 1. Potencial de calentamiento global; se ve afectada por la elaboración del cemento en particular la fabricación del clínker. 2. Acidificación; el cambio de Ph tanto del aire como del agua, se ve afectado por emisiones de los hornos al aire resultado de la cocción del clínker. 3. Eutrofización potencial, este es afectado por los procesos desprendidos de la producción de clínker. 4. Agotamiento de los recursos naturales; se ve afectada mayoritariamente por la extracción de la materia prima utilizada en la elaboración del tabicón. 5. Residuos sólidos, es producto de los desechos inorgánicos, que se desprenden de la producción de clínker. 6. Calidad del aire interior; el proceso que más influye es el que corresponde a la producción del cemento. De manera gráfica se muestran estos resultados en la figura 6.6, las unidades y las cuantificaciones son las que se muestran en la tabla 6.4. Tabla 6.4.unidades de la gráfica 6.6. 92 UAEMéx- Ingeniería Civil . 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 % 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Global warming Acidification HH cancer HH noncancer HH criteria air pollutants Block o tabicón Eutrophication Natural gas I Ecotoxicity Smog Cement (Portland) I Natural resour ce depletion Indoor air quality Bulk carrier I Habitat alteration Water intake Truck I Analizando 1 kg (Block o tabicón); Método: BEES V4.01 / Caracterización Figura 6.6. Cuantificación de afectación al medio ambiete de diferentes etapas, para Tabicón . 93 Ozone depletio n UAEMéx- Ingeniería Civil Adobe La figura 6.7 muestra el diagrama de flujo de las emisiones contamintes del adobe, debido a que el adobe dentro de su proceso de fabricacion no requiere cocción, lo que más efecta es el acarreo con 61% de participacion y extracción de material con 21% de participación. 1p CV Adobe 100% 1p Pared de adobe 97.7% 1.7E3 kg muros de adobe 97.7% 85 tkm Truck I 15.3% 1.72 kg Diesel I 1.19% 1.7E3 kg desechos de los escombros2 2.26% 1.67E3 kg Construction waste (inert) to landfill S 2.26% 20 kg Crushed concrete I 1.7E3 kg adobe 0.456% 2 tkm Truck I 0.359% 82% 340 tkm Bulk carrier I 340 tkm Truck I 21% 61% 2.5 kg Heavy fuel oil I 1.66% 2.53 kg Crude oil I 1.11% 0.214 kg Diesel I 0.148% 6.9 kg Diesel I 4.78% 0.945 MJ Electricity Netherlands ETH I 0.549% 0.334 MJ Electricity UCPTE coal I 0.243% 0.522 MJ Electricity UCPTE gas I 0.281% Figura 6.7. Diagrama de flujo para la estructura hecha a base de adobe. 94 UAEMéx- Ingeniería Civil Las categorías de evaluación de impacto del ciclo de vida se muestran en los siguientes puntos: 1. Potencial de calentamiento global, es afectado en mayor parte por las emisiones generadas del trasporte del material, en mayor medida, aún cuando el proceso de extracción también contribuye. 2. Acidificación, los procesos que más contribuyen son el transporte y en mayor medida la extracción de material. 3. Eutrofización potencial, los procesos que más contribuyen son el transporte en mayor medida y la extracción de material. 4. Agotamiento de los recursos naturales, Los procesos que más contribuyen son el transporte en mayor medida, ocasionado por los consumos de combustibles y la extracción de material. 5. Residuos sólidos, son los desechos que se originan producto del labrado del adobe. 6. Calidad del aire interior, los procesos que más contribuyen son el transporte en mayor medida y la extracción de material Lo anterior se muestra de manera gráfica en la figura 6.8, las unidades que se manejan, así como la cuantificación son las que se aprecian en la tabla 6.5. Tabla 6.5.unidades de la gráfica 6.8. 95 UAEMéx- Ingeniería Civil 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 % 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Global warming Acidification HH cancer HH noncancer HH criteria air pollutants Eutrophication Ecotoxicity adobe Smog Bulk carrier I Natural resour ce depletion Indoor air quality Habitat alteration Water intake Truck I Analizando 1 kg (adobe); Método: BEES V4.01 / Caracterización Figura 6.8. Cuantificación de afectación al medio ambiete de diferentes etapas, para Adobe. 96 Ozone depletio n UAEMéx- Ingeniería Civil Comparación entre los diferentes materiales Se procedio a realizar la comparación engtre los diferentes sitemas con las salvedades que ya se discutieron anteriormente, de esta manera en la tabla 6.7 se muestra la cuantia que aportan cada uno de los sistemas a cada una de las categorias de impacto ambiental, caracterizandolas en el gráfico de la figura 6.10 tomando como referencia el 100%. Las categorías de evaluación de impacto del ciclo de vida se muestran en los siguientes puntos: 1. Potencial de calentamiento global, tabique rojo recocido en primer lugar, ligeramente mayor que el de piezas cerámicas y el tabicón. 2. Acidificación, el de mayor contribución es el tabicón, seguido del tabique y las piezas cerámicas. 3. Eutrofización potencial, el tabicón en mayor medida. 4. Agotamiento de los recursos naturales, el tabique es el que representa mayor agotamiento de los recursos naturales. 5. Residuos sólidos, el tabicón es el que presenta mayores emisiones provenientes de residuos sólidos. 6. Calidad del aire interior el tabicón presenta mayores emisiones al aire. En la figura 6.9 se puede observar de manera gráfica los resulatdos obtenidos de la comparación, las cuantificaciones, así como las unidades, que se muestran en la tabla 6.6, observandose a simple vista que el material que emite mayores niveles de emisiones toxicas es el tabicón. Estas comparaciones involucran nada mas los muros de la vivienda, pero más adelante se extiende una comparcion del sistema adicionandole la carga correpondiente a las losas de entrepiso. Tabla 6.6.Comparación de las emisiones generadas por cada sistema constructivo. 97 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 6.9. Comparación de las cuantificaciones de las afectaciones al medio ambiente de diferentes materiales. 98 UAEMéx- Ingeniería Civil De esta manera al analizar en todos los sistemas, además de lo correspondiente a los muros la aportación de las losas, se puede observar de la tabla 6.7, que la emisión total del sistema, las losas aportan emisiones menores al 50%, esto se justifica debido a la presencia de castillos y dalas en el confinamiento de los muros , y aún cundo las losas están hechas a base de concreto(el cual resulto ser una fuente importante de emisiones toxicas), los muros tienen mayor contribución relativa en el análisis de cargas energéticas y por lo tanto los resultados antes referidos tienen validez. Una comparación gráfica del sistema de losa con los muros es la que se muestra en la gráfica de la figura 6.11, en donde se muestra una caracterización con respecto al 100% para hacer más fácil su visualización. Tabla 6.7.Comparacion de las emisiones toxicas generadas por las losas y los muros con respecto a las emeisiones generadas por todo el sistema. Categoría de impacto Global warming Acidification HH cancer HH noncancer HH criteria air pollutants Eutrophication Ecotoxicity Smog Natural resource depletion Water intake Ozone depletion CV Tabique CV Piezas ceramicas CV Block CV Adobe losa muros losa muros losa muros losa muros 15% 85% 15% 85% 15% 85% 40% 60% 20% 80% 20% 80% 20% 80% 34% 66% 49% 51% 49% 51% 28% 72% 50% 50% 50% 50% 50% 50% 39% 61% 50% 50% 27% 73% 27% 73% 25% 75% 41% 59% 22% 78% 22% 78% 18% 82% 33% 67% 43% 57% 43% 57% 33% 67% 48% 52% 17% 83% 17% 83% 16% 84% 28% 72% 3% 97% 30% 70% 24% 76% 48% 52% 50% 50% 50% 50% 49% 51% 50% 50% 33% 67% 33% 67% 16% 84% 33% 67% 99 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura 6.10. Comparación de las cuantificaciones de las afectaciones al medio ambiente de diferentes materiales. 100 UAEMéx- Ingeniería Civil CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES. Conclusiones Después de haber concluido el trabajo se establece que se cumplió el objetivo general puesto que se analizaron y evaluaron las partes de la ingeniería estructural que más influyen en el impacto al medio ambiente, para las cuatro tipologías estructurales en el Estado de México. En cuanto a los objetivos específicos también se cumplieron ya que en las diferentes partes del trabajo se logró lo siguiente: 1. Se identificaron como materiales para la construcción de vivienda más comunes en la zona de estudio al tabique rojo recocido, el tabicón de concreto y el tabique extruido. Se incluyó también el adobe por considerarlo un material de bajo impacto ambiental. 2. Se realizaron pruebas a muestras de los materiales de la zona de estudio para contar con datos representativos de sus propiedades mecánicas y su variación. 3. Se propuso un prototipo de la vivienda de interés social en la zona de estudio basado en resultado de encuestas y la consulta a especialistas. 4. Se completó el diseño estructural del prototipo para las cuatro tipologías, lo cual se realizó en una primera etapa con los procedimientos convencionales para después completar el estudio con métodos probabilísticos que permitieron evaluar la probabilidad de daño para la ocurrencia de diferentes sismos. 5. Con base en las probabilidades de daño calculadas se pudo estimar la vida útil relativa de cada tipología en donde se demostró que la variable predominante es la ocurrencia de sismos. 6. Se calcularon las cargas energéticas para cada tipología y se evaluaron de acuerdo a la categoría de impactos que marca el método de las BEES. También se cumplió la meta establecida ya que se identificaron los materiales que más influyen en la emisión de contaminantes y se establecen más adelante algunas recomendaciones para mitigar el problema. Las principales conclusiones del trabajo son las siguientes: 1. No se encontraron antecedentes de trabajos similares aplicados al Estado de México. Algunos trabajos consultados si resultan útiles en la aplicación de la metodología, pero cuentan con el inconveniente de que sus resultados no son aplicables por las características regionales que requieren estos estudios. 2. Se analizó la problemática de la vivienda en cuanto a su posible afectación al medio ambiente, lo que permitió establecer la secuencia para este trabajo de tesis 3. Se definieron los principios de sustentabilidad aplicados a la vivienda. 4. Mediante encuesta se determinaron los principales materiales utilizados en la construcción de vivienda, que resultaron ser: el tabique de barro rojo recocido, el tabicón de concreto y el tabique extruido, también se determinaron sus porcentajes de uso respecto al total. 101 UAEMéx- Ingeniería Civil 5. Para los materiales que se eligieron para realizar el estudio se determinaron sus características y sus procesos detallados de fabricación determinándose en cada etapa los insumos y emisiones derivadas de cada proceso. 6. Se obtuvieron resultados de laboratorio útiles a este estudio mismo que se resumen en la tabla siguiente. Material f*m 4.63 26.20 Modulo de Elasticidad (E ) 5038.76 20960 Adobe Tabique de barro rojo recocido Tabique hueco reforzado interiormente Tabicón de concreto v* 2 3.5 Peso Volumétrico 1600 1500 37.28 22368 3 2200 17.48 13984 3 2200 7. Se propuso un prototipo de vivienda que fue diseñado para los cuatro sistemas estructurales elegidos en el estudio, y se realizó el diseño estructural convencional resultando que se espera un comportamiento estructural adecuado en todos los sistemas excepto en el de adobe que debería contar con una resistencia de por lo menos 19 kg/cm ². 8. Se analizaron los costos directos de los sistemas estructurales en estudio, para materiales, mano de obra, maquinaria y equipo. Como resultado final se tiene la figura siguiente: 9. Se calcularon las curvas de capacidad para cada material (curva pushover en términos de la aceleración espectral por el desplazamiento espectral) y las curvas pushover (siguiente figura); dando como resultado que el caso construido con piezas cerámicas, presentó un mejor 102 UAEMéx- Ingeniería Civil comportamiento ante cargas laterales originadas por sismo, así como una mayor ductilidad, como se observa en la siguiente tabla. Sistema Tabique Piezas Cerámicas Adobe Block Cortante basal máximo 29.5 31.8 9.1 21.3 Ductilidad 2.8 3.1 1.2 2.1 10. Se realizó el análisis de sensibilidad para detectar las variables que más influyen en la durabilidad de la estructura, resultando ser la ocurrencia de sismo y la resistencia de los materiales. 11. Se calcularon la probabilidad de ocurrencia de desplazamientos que pudieran provocar daños a la estructura dando lugar a las curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño. 12. Con la probabilidad de daño esperada para cierta aceleración del suelo se calculó la vida útil relativa para los diferentes sistemas. 13. Se describió la metodología empleada para el análisis de ciclo de vida y se aplicó a los sistemas estructurales en estudio encontrándose que el sistema que más afecta al medio ambiente es el construido con tabicón, y del análisis hecho para este material se muestra que la mayor emisión de contaminantes se debe a la producción de clínker. 14. Del análisis de cargas energéticas se observa que el material con menos afectaciones al medio ambiente es el adobe pero muestra el inconveniente de presentar bajas resistencias y altas probabilidades de daño durante sismo, por lo que sería recomendable seguir estudiando este sistema para mejorar su comportamiento estructural y aprovechar su propiedad de ser amigable con el medio ambiente. 103 UAEMéx- Ingeniería Civil 15. Considerando la resistencia, costos , vida útil, depreciaciones y contaminantes; se pudieron detectar aspectos que ameritan atención: a. El tabicón resulta un material que muestra indicadores negativos, ya que en resistencia que por debajo del tabique rojo y de las piezas cerámicas, su vida útil también resulta inferior, así como su depreciación, además de ser el material que más contribuye a la degradación del medio ambiente. Algunos de estos aspectos se explican por su producción casi artesanal sin un control de calidad adecuado, dando lugar a su única ventaja respecto a los demás materiales que es su costo. b. En cuanto al tabique en principio se podría considerar que debería ser un material de mayor impacto al ambiente que el tabicón o las piezas cerámicas sin embargo los resultados aquí reportados establecen que es un material que contamina menos y que tiene indicadores adecuados en cuanto a su vida útil, depreciaciones, costos y resistencia, por lo que en principio debería ser un material más favorecido, es decir en este caso se comprueba lo que es usual escuchar en la gente experimentada dedicada a la construcción respecto a que una vivienda debe ser de tabique rojo recocido o no es vivienda. c. Las piezas cerámicas muestran buenos indicadores en resistencia vida útil y depreciación pero muestran cierta desventaja en cuanto a su costo y la emisión de contaminantes. d. El procedimiento que en este trabajo se estableció se puede generalizar para sistemas constructivos para vivienda considerando el criterio de aceptación se basado en que el sistema propuesto deberá contar una probabilidad menor al 15% de presentar daños severos ante la ocurrencia de sismo raro, al mismo tiempo de tener niveles de emisión de contaminantes similares o menores a los que muestra el tabique de barro rojo recocido. 104 UAEMéx- Ingeniería Civil Recomendaciones Del trabajo realizado surgen posibles líneas de investigación para continuar con este tema entre ellas se destacan las dos siguientes: Investigar alternativas que permitan al adobe presentar un mejor comportamiento ante cargas gravitacionales y laterales por sismo, lo cual se piensa se puede lograr con aditivos a base de polímeros ya que presentan bajos niveles de degradación al paso del tiempo, y por lo tanto menores afectaciones al medio ambiente. Otra línea que parece tener perspectivas razonables es investigar sobre procedimientos para determinar de manera objetiva las afectaciones al medio ambiente aplicable a nuevos sistemas para la construcción de vivienda. Se piensa que este instrumento sería de mucha utilidad para las dependencias oficiales que regulan la vivienda. Dicho instrumento estaría basado en muchos de los procedimientos que aquí se discutieron como son: Primero calculando la curva de capacidad, donde se observaría la resistencia del material ante cargas laterales, después se procedería a calcular las curvas de fragilidad y las matrices de probabilidad de daño para con estos elementos calcular la vida útil probable de este sistema, hacer el balance de los insumos requeridos durante todas las etapas de la vida útil del sistemas y con esto finalmente hacer el análisis de cargas energéticas para este sistema. El criterio de aceptación se debe basar en que el sistema propuesto deberá contar una probabilidad menor al 15% de presentar daños severos ante la ocurrencia de sismo raro, al mismo tiempo de tener niveles de emisión de contaminantes similares o menores a los que muestra el tabique de barro rojo recocido. Otras recomendaciones más generales son las siguientes: La rapidez con que todo evoluciona no siempre permite garantizar que todos los materiales que salen al mercado estén suficientemente desarrollados y probados para asegurar que su impacto en el medio ambiente y, especialmente, en la salud de las personas resulte tolerable. La construcción no es ajena a estas limitaciones, principalmente relacionadas con el medio ambiente, la contaminación local y global, la calidad del aire interior de los edificios y, en algunos casos, con la calidad del agua potable. Parece evidente que, hasta ahora, el sector de la construcción no se ha preocupado demasiado por dichos aspectos; la fe ciega en las nuevas tecnologías incorpora muchas veces la utilización de materiales poco experimentados, de los que se desconocen muchas de sus características. Por otra parte, la constante investigación en el campo de la toxicología impulsa a los países occidentales a establecer disposiciones que limitan o prohíben el uso de sustancias tóxicas para el hombre. Por lo tanto la recomendación es que los materiales de construcción sean sometidos a estudios rigurosos en cuanto a sus características mecánicas y ambientales antes de ser comercializados. 105 UAEMéx- Ingeniería Civil El análisis de ciclo de vida es, sin duda, la herramienta de gestión ambiental que se está perfilando como la más sistemática, global y objetiva para afrontar los retos futuros, por lo que se recomienda lo siguiente: Gestionar de forma más sustentable los recursos implica acercarse progresivamente hacia la "producción limpia", objetivo que significa no sólo el menor consumo de recursos -materias primas y energía-, sino la enérgica reducción de los residuos por medio de la integración de la reutilización y el reciclaje de los mismos en el proceso productivo. Los bienes así producidos deben a su vez ser diseñados para alcanzar una mayor durabilidad -duplicar la vida útil de los elementos significa disminuir los residuos a la mitad-. Analizar las etapas sucesivas de un elemento, proceso, o servicio desde la extracción de los recursos naturales hasta su disposición final, permitirá elevar a los municipios de la zona, aportes y sugerencias para la elaboración de normas y reglamentaciones ambientalmente sustentables en materia de gestión de residuos sólidos, especialmente de los residuos de construcción y demolición. Considerar la sustentabilidad de una obra de arquitectura, para lo cual es necesario tener en cuenta todas las fases de su ciclo de vida. Esto incluye desde que la obra es proyectada y ejecutada, el uso y explotación a lo largo de su vida útil, y el fin de ella, momento en el cual el edificio deberá ser reincorporado nuevamente al medio ambiente. Tomar en cuenta que la etapa de proyecto del edificio no es considerada como una fase del ciclo de vida, porque el edificio no existe aún. Sin embargo, esta etapa es decisiva en el logro de una arquitectura sustentable, en la medida en que el proyecto resuelva adecuadamente de forma integral los diferentes factores que la condicionan. Priorizar las inversiones en investigación, desarrollo e innovación destinadas a potenciar y mejorar el conocimiento de la situación de los residuos, impulsar las más avanzadas técnicas en su gestión, así como la búsqueda de salidas y usos comerciales de los materiales reciclados procedentes de los residuos. Usar el LCA debe como una herramienta para la toma de decisiones en los distintos tipos de industrias, el comercio, el gobierno, y también en la vivienda. Finalmente al considerar que el sistema más contaminante resultó ser el tabicón, debido al impacto que genera el consumo de gas y otros elementos calcinados durante el proceso de fabricación del clínker, es altamente recomendable investigar sobre procesos que mitiguen estos efectos negativos. Lo anterior al considerar que la producción de clínker es uno de los procesos que más afectan al ambiente. El cemento es uno de los productos más utilizados en la construcción. Generalmente, sus materias primas (piedra calcárea y materiales arcillosos) proceden de recursos no renovables y su extracción tiene un notable impacto ambiental, como suele suceder con todas extracciones de minerales. En lo referente al proceso industrial, la obtención del clínker implica un elevado consumo de energía y, posteriormente, emisiones importantes de gases y polvo al molerlo. Mas datos de esta problemática se pueden consultar en el Anexo F. 106 UAEMéx- Ingeniería Civil REFERENCIAS A.T.C. 3-06 (1978). Tentative provisions for the development of seismic regulations for buildings. Applied Technology Council, NSF and NBS . A.T.C. 40. (1996) Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings. Applied Technology Council, California Seismic Safety Commission. November . ACI- ASCE Committee 352 (1976). 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Lima: CISMID - Universidad Nacional de Ingeniería (UNI). 112 UAEMéx- Ingeniería Civil ANEXO A Proceso de fabricación de los principales materiales Morteros y concretos El cemento es uno de los productos más utilizados en la construcción. Generalmente, sus materias primas (piedra calcárea y materiales arcillosos) proceden de recursos no renovables y su extracción conlleva un notable impacto ambiental. En lo referente al proceso industrial, la obtención del clínker implica un elevado consumo de energía y emisiones importantes de gases y polvo al molerlo. El polvo del cemento es nocivo para los pulmones e irrita la piel, tanto en estado seco como mezclado con agua. Sus importantes ventajas minimizan sus efectos negativos. Algunos fabricantes reducen el impacto implícito en sus procesos e instalaciones mediante molinos de baja emisión de polvo. Otra opción consiste en utilizar cementos puzolánicos, que contienen por ejemplo materiales rechazados en otros t i p o s d e hornos, lo cual supone la reutilización de residuos. En particular, el cemento puzolánico, CP-40, es un aglomerante hidráulico, producido por la mezcla de un material conocido como puzolana, que puede ser natural como las rocas volcánicas y los suelos en que el constituyente silicio contiene ópalo, así como las cenizas volcánicas, o las artificiales como pueden ser las escorias de fundición y las cenizas de productos agrícolas y el hidrato de cal. En cuanto al mortero el aglomerante alcanza relativamente baja resistencia mecánica, y su fraguado es algo más lento que el del cemento Portland, por lo que puede ser considerado como un elemento con aplicación en albañilería.1 Proceso de Fabricación Los cementos portland son cementos hidráulicos compuestos principalmente de silicatos de calcio. Los cementos hidráulicos fraguan y endurecen al reaccionar químicamente con el agua. Durante esta reacción, llamada hidratación, el cemento se combina químicamente con el agua para formar una pasta endurecida de aspecto similar a una roca. Los componentes básicos para la fabricación del cemento portland son el óxido de calcio, óxido de sílice, alúmina y el óxido de hierro. La materia prima necesaria para tener las cantidades correctas de los componentes básicos es una mezcla de materiales calcáreos (piedra caliza) y arcillosos. El primer paso, entonces, para la fabricación del cemento portland es buscar depósitos de roca para asegurar que tengan las características necesarias para obtener un cemento de calidad. 1 http://www.es.wikipedia.org/wiki/Cemento 113 UAEMéx- Ingeniería Civil La cal es el componente que se encuentra en mayor cantidad en el clínker del cemento Portland y su origen se debe a la descomposición del carbonato de calcio por medio del calor. Como se dijo anteriormente, se usa una variedad de elementos como materia prima, los cuales se pueden clasificar según su contenido de carbonatos de calcio de la siguiente manera: Calizas: Portadoras en abundancia de carbonato de calcio (75 - 100%) Margas: Su contenido de carbonato de calcio es de 40 - 75% y van acompañadas de sílice y productos arcillosos. Arcillas: Principalmente contienen sílice combinada con alúmina y otros componentes como óxidos de hierro, sodio y potasio Generalmente los materiales crudos enunciados no cumplen por completo los requerimientos químicos del cemento portland, por este motivo se utilizan los denominados "correctores" que proporcionan los elementos minoritarios faltantes. La siguiente etapa es la cocción de la materia prima. En el método de vía seca, la mezcla almacenada en los silos de homogenización se lleva a una torre de precalentamiento, que tiene una temperatura entre 900 y 1,000 °C. El calor proviene de gases producidos por la combustión del combustible en el horno, el cual puede ser carbón, gas o aceites combustibles. El objetivo del precalentamiento es el de ahorrar energía, ya que se aprovecha el calor emanado por los hornos. En el método de vía húmeda no se precalienta la pasta, sino que ésta es transportada por bombas centrífugas a los hornos. En ambos casos se lleva el material a un horno, el cual es un largo cilindro de acero revestido interiormente con tabiques refractarios, y que gira alrededor de su eje longitudinal, con una pequeña pendiente descendente. La velocidad de rotación varía de 0 a 150 revoluciones por hora, y a través de ese movimiento el material sigue sus reacciones químicas para formar los compuestos del clínker. En el horno se distinguen cuatro etapas, las cuales son: secado, calcinación, clínkerización y enfriamiento. El secado: Se da en el material proveniente del método de vía húmeda. Calcinación: En esta zona de calcinación los carbonatos de calcio y de magnesio se disocian en óxido de calcio y magnesio respectivamente. Clínkerización: En la etapa de clínkerización es donde se producen las reacciones químicas más complejas del proceso, transformándose la materia prima en un nuevo material llamado clínker, que tiene la forma de pelotillas verde-grisáceas de unos 12 mm de diámetro. El clínker obtenido, independientemente del proceso utilizado en la etapa de homogeneización, es luego molido con pequeñas cantidades de yeso para finalmente obtener cemento.2 Composición química del cemento Las materias primas utilizadas en la fabricación del cemento Portland consisten en cal, sílice, alúmina, oxido de hierro y yeso. Que interactúan hasta formar una serie de productos más complejos, hasta 2 http://www.holcimapasco.com.mx/ 114 UAEMéx- Ingeniería Civil alcanzar un equilibrio químico, con la excepción de un pequeño residuo de cal no combinada que no ha tenido tiempo de reaccionar. La estimación de la composición del cemento se ha simplificado con métodos como fluorescencia de rayos X (difractometría) y microanálisis por sondeo eléctrico. Se suelen considerar como los componentes principales del cemento a los indicados en la tabla A.1 Tabla A.1 Principales componentes del cemento3 SILICATO DICALCICO Composición del oxido 2 Ca O . SiO2 SILICATO TRICALCICO ALUMINATO TRICALCICO 3 Ca O . SiO2 3 Ca O . Al2O3 ALUMINOFERRITO TETRACALCICO 4 Ca O . Al2 O3 . Fe2O3 Na2O y K2 O ALCALIS (oxido de magnesio y potasio) Componentes menores Abreviatura C2 S granos incoloros equidimensionales C3 S cuatro formas cristalinas C3 A cristales rectangulares y una fase amorfa C4 AF solución sólida --------------- MgO, TiO2 , Mn2 O3 Bloques diversos y piezas cerámicas Se utilizan estos elementos para construir muros en estructura vertical. Es importante considerar las propiedades relacionadas a la resistencia y estabilidad estructural que ofrecen. Tabicón y Tabicón Los bloques de concreto están formados por una mezcla de agua, cemento y agregados. En cuanto al material en sí, presenta los mismos problemas que sus componentes. Los tratamientos a los que se les somete posteriormente con aire, vapor o en autoclave suponen diferentes gastos energéticos. Componentes usados en la elaboración del Tabicón y del Tabicón Para la conocer el proceso constructivo del tabicón y del tabicón se visitaron varias empresas por ejemplo, la empresa de materiales “De la Luz” en la Comunidad de San Miguel en el Municipio de 3 http://apabcn.es/sustentable/castellano/conceptos 115 UAEMéx- Ingeniería Civil Almoloya de Juárez en el Estado de México, ubicada aproximadamente a cinco minutos del centro de la cabecera dicho Municipio hacia el Sureste. El tabicón y el tabicón se elaboran generalmente en los lugares donde abunda material de tipo pumítico de características especiales para obtener productos ligeros que localmente recibe el nombre de tepojal, ya que esta es su materia prima y no se obtendrían ganancias si este se tuviera que trasladar desde un lugar más lejano a sus propios bancos de material. El tepojal es un material obtenido en la excavación de terrenos bastante mineralizados o erosionados, además del tepojal dentro de la materia prima se utilizan otros elementos como son el cemento y el agua. Para tabicón de 38 x 19 x 12 centímetros, las cantidades que se utilizan para la elaboración de un millar de tabicón son las que se muestran la tabla A.2 Tabla A.2 Insumos requeridos para la fabricación de un millar de tabicón de 38 x 19 x 12 centímetros Material Tepojal Cemento Agua Cantidad 9 m³ 17 bultos Si el tepojal esta húmedo se emplea ¼ de litro, o seco se emplean de 2 a 3 litros de agua Para el TABICON (26 x 12 x 9 centímetros) Entre las diferencias que existen entre el tabicón y el tabicón es el tamaño y la cantidad de cemento usado para su elaboración, para lo cual se aumentan dos bultos de cemento y la cantidad de agua nunca varía (se emplean 3 litros) esta sólo se emplea para hidratar el cementante utilizando ya que el tepojal se encuentra saturado y superficialmente seco, en el caso del tipo pesado los proporcionamientos e insumos varían de los dos mostrados anteriormente dichos elementos no se analizan en el presente trabajo de tesis. Proceso de fabricación del tabicón y del tabicón: Se revuelve el tepojal, el cemento y el agua en las cantidades antes mencionadas hasta conseguir una consistencia parecida a la del concreto, a esta mezcla se le llama “revoltura” Se junta en botes dicha “revoltura” y se tiran en la bloquera, este es el nombre común de la máquina que se encarga de realizar la compresión de la mezcla, dando la forma final del tabicón o del tabicón La bloquera tiene capacidad para fabricar 3 tabicóns por cada operación de compresión, que va acompañada por un movimiento de vibración, esta máquina se muestra en la figura A.1. 116 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura A.1 Bloquera semi-manual Al terminar la compresión se sacan las piezas y se colocan en tablas impregnadas con aceite quemado de automóvil para evitar que se peguen, tal como se muestra en la figura A.2. Figura A.2 Secado de tabicón sobre tablas impregnadas de aceite de automóvil Se secan las pizas a la sombra durante tres días y después de este tiempo están listos para ser transportados en camiones para su venta al público Tabique rojo recocido Para conocer el proceso de elaboración del tabique rojo se visitaron varios sitios donde se fabrica este material, por ejemplo la comunidad de San Bartolomé Tlatelulco, perteneciente al Municipio de Metepec en el Estado de México, la información presentada fue otorgada por el encargado de la casa de materiales llamada. “MATERIALES DEL CENTRO”, una vista general de la tabiquera se muestra en la figura A.3. 117 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura A.3 Vista general de la tabiquera. Componentes usados en la elaboración del tabique rojo recocido Los materiales para la elaboración del tabique rojo son: barro rojo, tierra y agua, las cantidades para elaborar un millar de tabiques son los que se muestran en la tabla A.3. Tabla A.3 Insumos requeridos para la fabricación de un millar de tabiques de barro rojo Material Cantidad Barro rojo 7 m³ tierra 7 m³ Agua 5 m³ Proceso de fabricación del tabique rojo recocido: El tabique se fabrica en las comunidades donde es fácil obtener barro rojo, ya que este es uno de los componentes principales. El barro rojo está compuesto de silicio, aluminio, oxígeno e hidrógeno y una cantidad relativamente alta de hierro, de ahí su color característico. La fabricación del tabique requiere de un horno para cocer las piezas, su capacidad es variable pero por lo general se ocupa para 70 millares. El combustible empleado para quemar el tabique es petróleo crudo o aceite industrial, la temperatura alcanzada en dichos hornos oscila entre 700 y 800 grados centígrados al interior y 120 en el exterior, en la figuras A.4 y A.5 se muestra un horno artesanal. 118 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura A.4 Horno artesanal, empleado en la fabricación del tabique rojo Para la producción del tabique rojo recocido de utiliza el siguiente procedimiento: Primero se realiza la operación conocida como: “tendido” en donde se mezclan todas las materias primas hasta lograr una consistencia espesa, pero uniforme. Posteriormente se realiza el “labrado”, que consiste en dar la forma de prima rectangular con moldes de madera utilizando la mezcla preparada anteriormente. Se realiza el “fraguado”, que consiste en dejar secar durante toda la noche el producto elaborado. Ya secos se acomodan de forma vertical en el horno para su posterior cocción. Por último se prenden los calentadores del horno, si este tiene la capacidad de 70 millares, se emplean aproximadamente dos tambos de combustible o aceite industrial. La flama genera presión que es aliviada por los “respiraderos” del horno La cocción del tabique se lleva a cabo a una temperatura de 800 grados centígrados, que se controla de acuerdo a la experiencia del operador. La cocción del tabique tarda aproximadamente 2 horas cuando el horno ya está caliente. El último paso es el aireamiento del tabique y al concluir este el tabique está listo para ser cargado y vendido al público. 119 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura A.5 Vista interior del horno Adobe Para observar el proceso constructivo del adobe se visito, entre otros lugares, la Comunidad de Ocotitlán ubicada en el Municipio de Metepec, en el Estado de México. La información ahí obtenida se obtuvo por medio del Sr. Rutilio Camacho. El adobe se fabrica principalmente en dos medidas el grande es de 60 x 10 x 10 centímetros, mientras que el chico es de 40 x 12 x 10 centímetros, en la figura la figura A.6, se muestra una vista general del taller donde se fabrica el adobe. Figura A.6 Vista del taller utilizado para la elaboración de adobe 120 UAEMéx- Ingeniería Civil Componentes usados en la elaboración del adobe Los materiales para elaborar el adobe son: tierra arcillosa, zacatón (pasto seco de campo) y agua, las cantidades que se muestran en la tabla A.4 para elaborar un millar. Tabla A.4 Insumos requeridos para la fabricación de un millar de adobe Material Tierra Zacatón Agua Cantidad 7 m³ 2 m³ 160 l Proceso de fabricación del adobe: Se cierne la tierra en mallas de forma manual Una vez cernida la tierra se le agrega una cantidad proporcional de agua, batiéndose de manera continua Se le agrega el zacatón y se sigue mezclando, la consistencia lograda debe de ser bastante espesa Acto seguido se labra en las adoberas que son cajones de madera como se muestra en la figura A.7. Figura A.7 Labrado de adobes Se deja “orear” o “fraguar” a la sombra, si se hace en el sol se corre el riesgo de que el adobe se rompa, este proceso dura un día completo, como se muestra en la figura A.8. 121 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura A.8 Fraguado del adobe Al otro día se saca de la adobera y se pone “de canto” esto hace que el adobe “amarre” y no se fracture, este paso dura otro día, figura A.9. Figura A.9. Adobe de canto El secado de los adobes es en sombra para evitar que los factores ambientales puedan dañar su consistencia durante el secado Al tercer día el adobe se encuentra en perfectas condiciones para ser cargado y vendido al público El adobe en su fabricación resulta muy económico ya que todas sus materias primas son de fácil obtención y en su mayoría sólo se paga el costo por extracción. 122 UAEMéx- Ingeniería Civil Piezas Cerámicas (Novaceramic) La cerámica es un material tradicional, y sus ventajas medioambientales radican en su durabilidad y en sus bajos costos de mantenimiento. Se obtiene de recursos no renovables y su proceso de cocción implica un gasto energético elevado, ya que requiere temperaturas del orden de los 1000ºC. Con respecto al agua para hacer la mezcla, en el tabique común es usual utilizar cualquier tipo, pero en las piezas cerámicas es muy importante considerar la calidad del agua que se utiliza en su elaboración ya que no debe contener cloruros. Proceso de fabricación de las piezas cerámicas: Los componentes son materiales inorgánicos, no metálicos manufacturados que se obtienen de un proceso tecnológico que consiste en tres pasos: Preparación de la masa cerámica: Se seleccionan minerales compuestos por óxidos de Si, Al, Ca, Mg, Na y K unidos con carbono, boro, silicio, hidruros, sulfuros y seleniuros. Los minerales son sometidos a operaciones de cribado, lavado, decantación y desecación dependiendo la cantidad y tipo de impurezas que se encuentren en cada yacimiento. Modelado en la forma deseada: Los minerales en las proporciones indicadas mezcladas con agua dan origen a una masa plástica que puede modelarse en la forma deseada mediante extrusión; desecando el producto después de su modelado, la plasticidad disminuye gradualmente al reducirse la cantidad de agua. Cocción del producto en hornos adecuados: Al someterse las piezas desecadas a una cocción adecuada las propiedades plásticas desaparecen ya que los compuestos químicos son unidos por enlaces covalentes e iónicos con el oxigeno a través de una compleja serie de reacciones y transformaciones propiciadas por la temperatura alcanzada, logrando un material con características propias de dureza y resistencia. La estructura en el interior de los materiales cerámicos está definida por cristales de diversos tamaños, formas y naturaleza que constituyen la fase sólida y un sistema de poros y cavidades que constituyen la fase vítrea intersticial ó de vacíos. En los cuerpos cerámicos no porosos los vacios están aislados entre sí, mientras que en los productos cerámicos porosos los vacíos se intercomunican entre sí y con el exterior evitando la transmisión de calor y de sonido. Los diversos productos cerámicos tienen numerosas propiedades en común: - QUÍMICAMENTE ESTABLES: Carecen de electrones libres de valencia, lo cual origina que sean resistentes al ataque de agentes químicos y atmosféricos. 123 UAEMéx- Ingeniería Civil - ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA. Los vacíos intersticiales dentro de su estructura permiten absorber líquidos sin presentar cambios por expansión o contracción de su fase sólida. - REFRACTARIEDAD: Es la propiedad de los materiales de soportar la acción del calor sin deformación o reblandecimiento. Los materiales refractarios se clasifican de acuerdo a su capacidad refractaria y porosidad. - FRAGILIDAD. Propiedad que poseen los cuerpos cuando al aplicar carga se rompen sin deformación plástica previa, depende de la fuerza de unión entre sus moléculas, la temperatura a la cual fundió el sólido, distribución de grietas y discontinuidades.4 Acero Acero, aleación de hierro que contiene entre 0.04 y 2.25 por ciento de carbono y a la que se añaden, según las propiedades que se quieren obtener, pequeñas cantidades de otros metales como níquel, cromo, manganeso, silicio o vanadio, entre otros. Fabricación del acero El acero se obtiene eliminando las impurezas del arrabio, producto de fundición de los altos hornos, y añadiendo después las cantidades adecuadas de carbono y otros elementos. La principal dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1.400 ºC, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales. En 1855, Henry Bessemer desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre y en el que el proceso de refinado del arrabio se lleva a cabo mediante chorros de aire a presión que se inyectan a través del metal fundido. En el proceso Siemens-Martin, o de crisol abierto, se calientan previamente el gas combustible y el aire por un procedimiento regenerativo que permite alcanzar temperaturas de hasta 1.650 ºC. El acero se vende en una gran variedad de formas y tamaños, como varillas, tubos, raíles (rieles) de ferrocarril o perfiles en I, H o en T. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminando los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia. El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión y a continuación se hace pasar por una máquina llamada molino (por traducción del inglés mil) entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero. El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de desbaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta. Los rodillos para producir 4 www.novaceramic.com.mx/ 124 UAEMéx- Ingeniería Civil raíles o rieles de ferrocarril o perfiles en H, en T o en L tienen estrías para proporcionar la forma adecuada. Los procesos modernos de fabricación de productos diversos incluyendo los destinados a la construcción, requieren gran cantidad de placa (chapa) y lámina de acero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen placas y láminas con anchuras de hasta 2,5 m. Estos laminadores procesan con rapidez las planchas de acero antes de que se enfríe y no pueda ser trabajada. Las planchas de acero caliente de más de 10 cm de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta el calibre deseado y aumentan su longitud, según el caso, de 4 a 370 metros. Los trenes de laminado continuo están equipados con una serie de accesorios como rodillos de borde y dispositivos para enrollar de modo automático la placa cuando llega al final del tren. Los rodillos de borde son grupos de rodillos verticales situados a ambos lados de la lámina para mantener su anchura. Los aparatos de decapado eliminan la costra que se forma en la superficie de la lámina apartándola mecánicamente, retirándola mediante un chorro de aire o moviendo de forma abrupta la placa en algún punto del recorrido. Las bobinas de placa terminadas se colocan sobre una cinta transportadora y se llevan a otro lugar para ser recocidas y cortadas en placas individuales. Una forma más eficiente para producir lámina de acero delgada es hacer pasar por los rodillos planchas de menor espesor. Con los métodos convencionales de fundición sigue siendo necesario pasar los lingotes por un tren de desbaste para producir planchas lo bastante delgadas para el tren de laminado continuo. El sistema de colada continua, en cambio, produce una plancha continua de acero con un espesor inferior a 5 cm, lo que elimina la necesidad de trenes de desbaste y laminado en bruto.5 Cimbras Al comparar con otros materiales, la madera requiere poca energía para su transformación pero en cambio es atacada por la intemperie y por diversas especies de hongos e insectos que pueden limitar considerablemente su durabilidad. Para garantizar su conservación, es preciso protegerla adecuadamente. Los protectores de la madera tienen distinto grado de toxicidad. Entre los fungicidas e insecticidas, están las sales hidrosolubles y compuestos químicos que se deben aplicar con disolventes. Entre las sales, las de boro no desprenden ningún tipo de elemento tóxico, aunque necesiten un tratamiento hidrófugo para evitar que el agua no las lave. Entre las aplicadas con disolventes, tanto el dieldrin como el endrin, el DDT o el pentaclorofenol están prohibidos o tienen usos muy restringidos. Sus sustitutos, como la permetrina, se consideran de muy baja toxicidad. La protección de la madera, es positiva puesto que alarga la vida útil.6 La madera como material de construcción presenta la ventaja de poder ser reutilizable y reciclable, lo cual se puede lograrse mediante procesos de bajo costo. Como recurso energético no desequilibra el balance ecológico del medio ambiente, siempre y cuando se establezcan los debidos ajustes de su adecuado aprovechamiento, puesto que es un material biodegradable que puede ser devuelto al ciclo de la naturaleza. 5 6 http://www.es.wikipedia.org/wiki/Acero http://www.arquitectuba.com.ar/monografias-de-arquitectura/madera/ 125 UAEMéx- Ingeniería Civil ANEXO B Revisión de los muros por medio del programa ANEM gcW Análisis de cargas en la estructura El análisis de cargas se realizó considerando un uso como vivienda y es el que se detalla en la tabla B.1 Tabla B.1. Análisis de cargas en la estructura Elementos Medidas Peso de las dalas 0.15 m 0.15 m Peso de los castillos PESO DE LOS MUROS Tipo Muro azulejo-azulejo Altura Peso Volumétrico 0.25 2400.00 kg/m³ m 0.15 2400.00 kg/m³ m Carga en kg/m² 2.30 m 366.00 kg/m² Muro azulejo-mortero 2.30 m 318.00 kg/m² Muro mortero-mortero 2.30 m 270.00 kg/m² kg/m 90.00 kg/m 54.00 kg/m Kg/m 841.80 kg/m 731.40 kg/m 621.00 kg/m LOSA DE ENTREPISO Espesor Losa de concreto Piso de terrazo de 30X30 Yeso Instalaciones Sobrecarga 126 Peso Volumétrico 0.12 m 2400.00 kg/m³ 0.02 m Kg/m² 288.00 kg/m² 45.00 kg/m² 1500.00 kg/m³ 22.50 kg/m² 5.00 kg/m² 40.00 kg/m² UAEMéx- Ingeniería Civil Total 400.50 kg/m² LOSA DE AZOTEA Espesor Enladrillado Mortero Impermeabilizante Mortero Relleno Losa de concreto Yeso Carga Muerta Adicional Total Peso Kg/m² Volumétrico 0.020 m 1500.00 kg/m³ 30.00 kg/m² 0.015 m 2100.00 kg/m³ 31.50 kg/m² 5.00 kg/m² 0.030 m 2100.00 kg/m³ 63.00 kg/m² 0.120 m 1200.00 kg/m³ 144.00 kg/m² 0.120 m 2400.00 kg/m³ 288.00 kg/m² 0.015 m 1500.00 kg/m³ 22.50 kg/m² 40.00 kg/m² 624.00 kg/m² Adobe industrializado Características usadas para este tipo de material son las que se resumen del capítulo anterior y se muestran en la tabla B.2: Tabla B.2. Características del adobe industrializado F*m 4.63 kg/cm2 Modulo de Elasticidad (E ) 5038.76 kg/cm2 V* Peso Volumétrico 2 kg/cm2 1600 kg/m³ El espesor usado en los muros para este tipo de material fue de 50cm, los resultados obtenidos son los que se muestran en la figura B.1 y B.2, mostrándose con rojo aquellos muros que no pasan y con naranja los que no tienen ningún problema, para el análisis con muros a base de adobe se observa en las figuras B.1 y B.2 que por carga vertical no pasan, como posteriormente se verifica en los resultados desplegados por el ANEM. Revisión por carga vertical: 127 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.1 Planta Baja Figura B.2 Planta Alta La revisión por carga lateral, se muestra en la figura B.3 para los muros de planta de baja y el la figura B.4 para la planta alta, como se dijo anteriormente pasan los que tienen color naranja y aquellos que están faltos de resistencia están con color rojo. 128 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.3. Planta baja Figura B.4Planta alta La revisión por momento de volteo es la que se muestra en la figura B.5 y B.6, como se observa en estas figuras no pasan los muros, esto se verifica al revisar los resultados obtenidos por medio del ANEM. 129 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.5. Planta baja Figura B.6. Planta alta Enseguida se muestran los principales resultados obtenidos por medio del programa AMEN gcw para el cálculo de la estructura a base de muros de carga, para el caso de Adobe. Los resultados de las cargas actuantes contra las resistentes, así como los resultados del análisis sísmico se detallan a continuación: 130 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 62 2 63 2 64 2 65 2 66 2 67 2 68 2 Pu (T) 19.95 25.12 16.52 13.65 14.89 15.36 22.64 4.05 61.66 3.37 27.74 1.60 3.04 5.08 4.05 19.92 14.89 25.12 3.04 15.36 15.95 22.64 13.65 27.56 3.37 1.60 5.04 4.56 7.61 9.09 9.01 8.02 7.08 11.70 4.56 7.61 8.02 11.70 9.09 9.01 7.08 8.56 6.67 8.11 5.72 5.69 5.05 5.02 3.70 3.56 2.76 2.76 3.71 3.68 2.98 2.82 2.98 2.82 Oc.2 Fe 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 Fr 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 Pr (T) CB (T/m) 2.51* 6.27 1.33* 14.95 1.50* 8.70 1.54* 7.00 1.83* 6.42 1.92* 6.32 2.65* 6.76 0.51* 6.24 5.53* 8.81 0.40* 6.75 1.98* 11.09 0.20* 6.41 0.63* 3.80 0.62* 6.51 0.51* 6.24 2.54* 6.19 1.83* 6.42 1.33* 14.95 0.63* 3.80 1.92* 6.32 1.33* 9.49 2.65* 6.76 1.54* 7.00 1.94* 11.25 0.40* 6.75 0.20* 6.41 0.61* 6.54 0.73* 4.90 1.83* 3.28 1.50* 4.78 1.50* 4.74 1.92* 3.30 1.54* 3.63 2.64* 3.49 0.73* 4.90 1.83* 3.28 1.92* 3.30 2.64* 3.49 1.50* 4.78 1.50* 4.74 1.54* 3.63 1.83* 3.69 1.46* 3.61 1.72* 3.72 1.29* 3.51 1.28* 3.51 1.29* 3.10 1.28* 3.10 0.99* 2.96 0.95* 2.97 0.39* 5.53 0.39* 5.53 0.69* 4.21 0.69* 4.23 0.47* 4.97 0.43* 5.12 0.47* 4.97 0.43* 5.12 131 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT Pu (T) 69 2 7.52 70 2 3.11 71 2 7.52 72 2 3.11 73 2 1.86 74 2 1.86 75 2 0.83 76 2 0.83 Fe 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 0.114 Fr 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 0.300 Pr (T) CB (T/m) 1.72* 3.45 0.67* 3.66 1.72* 3.45 0.67* 3.66 0.47* 3.10 0.47* 3.10 0.20* 3.30 0.20* 3.30 REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 132 Fr 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 P (T) 13.96 17.16 11.44 9.55 10.48 10.83 15.88 2.78 42.93 2.38 19.26 1.13 2.08 3.57 2.78 13.94 10.48 17.16 2.08 10.83 15.88 9.55 19.14 2.38 1.13 3.54 3.19 5.39 6.37 6.32 5.69 8.28 3.19 5.39 5.69 8.28 6.37 6.32 5.00 6.05 4.71 5.73 4.05 4.03 3.59 3.57 2.63 2.53 K (T/m) 4,012 962 1,303 1,387 2,076 2,301 4,431 70 14,021 33 2,449 4 128 119 70 4,110 2,076 962 128 2,301 4,431 1,387 2,343 33 4 114 185 1,980 1,238 1,238 2,197 4,258 185 1,980 2,197 4,258 1,238 1,238 1,319 1,980 1,160 1,717 844 831 844 831 419 375 Vd (T) 6.16 1.48 2.00 2.13 1.26 1.39 2.68 0.04 8.49 0.02 1.48 0.01 0.08 0.18 0.04 6.31 1.26 1.48 0.08 1.39 2.68 2.13 1.42 0.02 0.01 0.18 0.19 0.97 1.29 1.29 1.08 2.10 0.19 0.97 1.08 2.10 1.29 1.29 1.37 0.97 0.57 0.84 0.88 0.87 0.88 0.87 0.44 0.39 Vt (T) 1.47 0.03 0.40 1.09 0.35 0.39 0.76 0.00 0.00 0.00 0.15 0.00 0.02 0.07 0.00 1.50 0.35 0.03 0.02 0.39 0.76 1.09 0.15 0.00 0.00 0.07 0.05 0.23 0.15 0.03 0.26 0.50 0.05 0.23 0.26 0.50 0.15 0.03 0.29 0.00 0.00 0.00 0.11 0.10 0.10 0.10 0.11 0.10 Vt' (T) 0.40 0.01 0.11 0.30 1.30 1.45 2.78 0.01 0.02 0.01 0.56 0.00 0.06 0.02 0.01 0.41 1.31 0.01 0.06 1.45 2.79 0.30 0.54 0.01 0.00 0.02 0.02 0.53 0.07 0.01 0.58 1.13 0.02 0.52 0.58 1.13 0.07 0.01 0.13 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.04 0.04 0.05 0.04 Vu (T) 8.52 1.66 2.68 3.64 2.20 2.44 4.70 0.05 9.35 0.03 1.99 0.01 0.13 0.29 0.05 8.73 2.20 1.66 0.13 2.44 4.71 3.64 1.90 0.03 0.01 0.28 0.27 1.50 1.61 1.45 1.67 3.23 0.27 1.50 1.66 3.23 1.61 1.45 1.87 1.07 0.63 0.93 1.10 1.08 1.09 1.07 0.62 0.55 distor*Q' 0.00130 0.00106 0.00126 0.00161 0.00063 0.00063 0.00063 0.00046 0.00040 0.00048 0.00048 0.00161 0.00059 0.00149 0.00046 0.00130 0.00063 0.00106 0.00059 0.00063 0.00063 0.00161 0.00048 0.00048 0.00161 0.00149 0.00088 0.00044 0.00078 0.00070 0.00044 0.00044 0.00088 0.00044 0.00044 0.00044 0.00078 0.00070 0.00085 0.00032 0.00032 0.00032 0.00078 0.00078 0.00077 0.00077 0.00088 0.00088 Vr (T) 8.04 5.42 5.17 5.05 5.90 6.16 8.61 1.63 19.15 1.29 7.31 0.64 1.85 1.99 1.63 8.11 5.90 5.42 1.85 6.16 8.61 5.05 7.20 1.29 0.64 1.96 2.24 5.29 4.56 4.56 5.54 7.69 2.24 5.29 5.54 7.69 4.56 4.56 4.50 5.37 4.27 5.05 3.75 3.72 3.69 3.67 2.82 2.70 Vs (T) 0.49 0.62 UAEMéx- Ingeniería Civil 61 62 63 64 65 2 2 2 2 2 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 1.93 1.93 2.61 2.59 2.09 31 31 158 153 52 0.02 0.02 0.16 0.16 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.02 0.02 0.18 0.18 0.03 0.00035 0.00035 0.00070 0.00070 0.00036 1.23 1.23 2.07 2.05 1.45 133 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT Fr 66 2 0.400 67 2 0.400 68 2 0.400 69 2 0.400 70 2 0.400 71 2 0.400 72 2 0.400 73 2 0.400 74 2 0.400 75 2 0.400 76 2 0.400 P (T) 1.97 2.09 1.97 5.32 2.20 5.32 2.20 1.32 1.32 0.58 0.58 K (T/m) 40 52 40 1,717 143 1,717 143 52 52 4 4 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT Fr Pu (T) 1 1 0.600 15.36 2 1 0.600 18.88 3 1 0.600 12.58 4 1 0.600 10.51 5 1 0.600 11.52 6 1 0.600 11.92 7 1 0.600 17.47 8 1 0.600 3.06 9 1 0.600 47.22 10 1 0.600 2.62 11 1 0.600 21.18 13 1 0.600 1.24 14 1 0.600 2.29 19 1 0.600 3.92 20 1 0.600 3.06 21 1 0.600 15.34 22 1 0.600 11.52 23 1 0.600 18.88 24 1 0.600 2.29 25 1 0.600 11.92 26 1 0.600 12.12 27 1 0.600 17.47 28 1 0.600 10.51 29 1 0.600 21.05 30 1 0.600 2.62 31 1 0.600 1.24 32 1 0.600 3.89 38 2 0.600 3.51 39 2 0.600 5.93 40 2 0.600 7.01 41 2 0.600 6.95 42 2 0.600 6.26 44 2 0.600 9.11 45 2 0.600 3.51 46 2 0.600 5.93 47 2 0.600 6.26 48 2 0.600 9.11 49 2 0.600 7.01 50 2 0.600 6.95 51 2 0.600 5.50 52 2 0.600 6.65 53 2 0.600 5.19 54 2 0.600 6.30 55 2 0.600 4.45 56 2 0.600 4.43 Mu (T*m) 26.59 6.37 8.63 9.19 5.59 6.20 11.94 0.19 37.78 0.09 6.60 0.03 0.34 0.79 0.19 27.24 5.59 6.37 0.34 6.20 6.37 11.94 9.19 6.31 0.09 0.03 0.76 0.62 3.15 4.13 4.13 3.49 6.76 0.62 3.15 3.49 6.76 4.13 4.13 4.39 3.15 1.84 2.73 2.81 2.77 134 Vd (T) 0.02 0.03 0.02 0.84 0.07 0.84 0.07 0.03 0.03 0.00 0.00 Vt (T) 0.00 0.00 0.00 0.07 0.01 0.07 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 Vt' (T) 0.00 0.01 0.00 0.17 0.01 0.17 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** Vu (T) 0.03 0.03 0.03 1.07 0.09 1.07 0.09 0.03 0.03 0.01 0.01 distor*Q' 0.00036 0.00036 0.00036 0.00036 0.00036 0.00036 0.00036 0.00036 0.00036 0.00085 0.00085 Vr (T) 1.34 1.45 1.34 5.00 1.96 5.00 1.96 1.36 1.36 0.57 0.57 Vs (T) UAEMéx- Ingeniería Civil 57 58 59 60 61 2 2 2 2 2 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 3.95 3.93 2.89 2.79 2.12 2.81 2.77 1.40 1.25 0.05 ** ** ** ** ** 135 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería 2/09 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT 62 2 63 2 64 2 65 2 66 2 67 2 68 2 69 2 70 2 71 2 72 2 73 2 74 2 75 2 76 2 136 Fr 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 Pu (T) 2.12 2.87 2.85 2.30 2.17 2.30 2.17 5.85 2.42 5.85 2.42 1.45 1.45 0.64 0.64 Mu (T*m) 0.05 0.53 0.51 0.08 0.06 0.08 0.06 2.73 0.23 2.73 0.23 0.08 0.08 0.01 0.01 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** ** Civil Oc.2 UAEMéx- Ingeniería Civil Cabe mencionar que para que el adobe tuviera mejores resultados es necesario incrementar el valor de f*m a 16 kg/cm² como mínimo, esto se puede lograr adicionando algún tipo de cohesivo o cementante que proporcione mayor resistencia, aunque en este caso se sacrificaría el lado medioambiental que se detalla en capítulos posteriores. Tabique rojo recocido Características usadas para este tipo de material: Tabla B.3. Características tabique rojo recocido. F*m Modulo de V* Peso Volumétrico Elasticidad (E ) 17.95 kg/cm² 20960 kg/cm² 3.5 kg/cm² 1500 kg/m³ El espesor usado en los muros para este tipo de material fue de 15 cm, los resultados obtenidos son los que se muestran en la siguiente figura, mostrándose con rojo aquellos muros que no pasan y con naranja los que no tienen ningún problema: La revisión por carga vertical, es la que se muestra de manera gráfica en las figuras B.7 y B.8 para planta baja y planta alta respectivamente. Es importante observar que para este tipo de carga los muros pasan sin ningún problema. Figura B.7. Planta baja 137 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.8. Planta alta La revisión por carga lateral, es la que se muestra en las figuras B.9 y B.10, como se verifica más adelante con los resultados obtenidos del ANEM se observa que para este sistema no hay ningún problema con la carga lateral. Figura B.9 Planta baja 138 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.10 Planta alta La revisión por momento de volteo, se verifica en las figuras B.11 y B.12 para planta baja y planta alta respectivamente, y de las figuras y del análisis por medio del ANEM vemos que la estructura no tiene problema con esta carga. Figura B.11 Planta baja 139 UAEMéx- Ingeniería Civil FiguraB.12 Planta alta En relación con las figuras se observa que este tipo de material presenta muy buen comportamiento y un margen de seguridad aceptable para todos los muros como se detalla posteriormente. Enseguida se muestran los principales resultados obtenidos por medio del programa AMEN gcw para el cálculo de la estructura a base de muros de carga, para el caso de Tabique rojo recocido. Los resultados de las cargas actuantes contra las resistentes, así como los resultados del análisis sísmico se detallan a continuación: 140 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 62 2 63 2 64 2 65 2 66 2 67 2 68 2 69 2 Pu (T) 9.24 16.05 9.26 6.19 6.02 6.07 9.83 2.34 29.87 1.27 13.88 0.65 1.53 2.03 2.34 9.23 6.02 16.05 1.53 6.07 9.10 9.83 6.19 13.83 1.27 0.65 2.02 2.76 3.13 5.42 5.34 3.33 5.23 2.76 3.13 3.33 5.23 5.42 5.34 3.31 4.08 3.10 3.90 2.56 1.90 1.89 1.28 1.24 1.80 1.80 2.01 2.00 1.82 1.75 1.82 1.75 3.30 Fe 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 Fr 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 Pr (T) CB (T/m) 51.86 2.91 27.40 9.55 30.99 4.87 31.80 3.18 37.83 2.59 39.63 2.50 54.63 2.93 10.60 3.60 114.16 4.27 8.15 2.54 40.77 5.55 4.08 2.59 13.05 1.91 12.72 2.60 10.60 3.60 52.51 2.87 37.83 2.59 27.40 9.55 13.05 1.91 39.63 2.50 27.40 5.41 54.63 2.93 31.80 3.18 39.95 5.64 8.15 2.54 4.08 2.59 12.56 2.62 15.17 2.97 37.83 1.35 30.99 2.85 30.99 2.81 39.63 1.37 54.63 1.56 15.17 2.97 37.83 1.35 39.63 1.37 54.63 1.56 30.99 2.85 30.99 2.81 31.80 1.70 37.83 1.76 30.17 1.67 35.55 1.79 26.42 1.58 26.58 1.17 26.42 1.17 20.39 1.02 19.57 1.04 8.15 3.59 8.15 3.59 14.35 2.28 14.19 2.30 9.78 3.03 8.97 3.19 9.78 3.03 8.97 3.19 35.55 1.52 141 UAEMéx- Ingeniería Civil 70 71 72 73 74 75 76 142 2 2 2 2 2 2 2 1.47 3.30 1.47 0.70 0.70 0.34 0.34 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 13.86 35.55 13.86 9.78 9.78 4.08 4.08 1.73 1.52 1.73 1.17 1.17 1.37 1.37 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT Pu (T) REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 62 2 63 2 64 2 65 2 66 2 67 2 Fr 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 Fe P (T) 6.31 10.68 6.25 4.23 4.14 4.20 6.73 1.56 20.22 0.88 9.36 0.45 1.00 1.39 1.56 6.31 4.14 10.68 1.00 4.20 6.13 6.73 4.23 9.32 0.88 0.45 1.38 1.91 2.19 3.75 3.70 2.33 2.31 3.66 1.91 2.19 2.33 3.66 3.75 3.70 2.31 2.84 2.16 2.72 1.80 1.79 1.34 1.33 0.90 0.88 1.24 1.24 1.39 1.39 1.26 1.21 1.26 Fr K (T/m) 6,812 1,632 2,212 2,355 3,525 3,907 7,523 119 23,803 55 4,157 7 217 202 119 6,978 3,525 1,632 217 3,907 1,632 7,523 2,355 3,978 55 7 194 314 3,362 2,102 2,102 3,729 2,238 7,229 314 3,362 3,729 7,229 2,102 2,102 2,238 3,362 1,969 2,915 1,434 1,411 1,434 1,411 712 637 52 52 268 259 89 69 89 Pr (T) CB (T/m) Vd (T) 2.85 0.68 0.93 0.99 0.51 0.56 1.08 0.02 3.42 0.01 0.60 0.00 0.03 0.08 0.02 2.92 0.51 0.68 0.03 0.56 0.68 1.08 0.99 0.57 0.01 0.00 0.08 0.10 0.45 0.68 0.68 0.49 0.72 0.96 0.10 0.45 0.49 0.96 0.68 0.68 0.72 0.45 0.26 0.39 0.46 0.46 0.46 0.46 0.23 0.21 0.01 0.01 0.09 0.08 0.01 0.01 0.01 Vt (T) 0.68 0.02 0.19 0.50 0.14 0.16 0.31 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.01 0.03 0.00 0.70 0.14 0.02 0.01 0.16 0.14 0.31 0.50 0.06 0.00 0.00 0.03 0.03 0.11 0.08 0.01 0.12 0.15 0.23 0.03 0.11 0.12 0.23 0.08 0.01 0.15 0.00 0.00 0.00 0.06 0.05 0.05 0.05 0.06 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Vt' (T) 0.16 0.00 0.04 0.12 0.60 0.67 1.29 0.01 0.01 0.00 0.26 0.00 0.03 0.01 0.01 0.16 0.61 0.00 0.03 0.67 0.03 1.29 0.12 0.25 0.00 0.00 0.01 0.01 0.28 0.03 0.01 0.31 0.06 0.59 0.01 0.28 0.31 0.59 0.03 0.01 0.06 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Vu (T) 3.94 0.77 1.24 1.68 0.91 1.01 1.95 0.02 3.77 0.01 0.81 0.01 0.05 0.13 0.02 4.03 0.92 0.77 0.05 1.01 0.91 1.95 1.68 0.78 0.01 0.01 0.13 0.14 0.70 0.85 0.76 0.77 0.98 1.50 0.14 0.70 0.77 1.50 0.85 0.76 0.98 0.49 0.29 0.42 0.58 0.57 0.57 0.56 0.32 0.29 0.01 0.01 0.10 0.09 0.01 0.01 0.01 distor*Q' 0.00033 0.00027 0.00032 0.00041 0.00013 0.00013 0.00013 0.00010 0.00008 0.00010 0.00010 0.00041 0.00012 0.00038 0.00010 0.00033 0.00013 0.00027 0.00012 0.00013 0.00032 0.00013 0.00041 0.00010 0.00010 0.00041 0.00038 0.00026 0.00011 0.00023 0.00020 0.00011 0.00025 0.00011 0.00026 0.00011 0.00011 0.00011 0.00023 0.00020 0.00025 0.00007 0.00007 0.00007 0.00023 0.00023 0.00022 0.00022 0.00026 0.00026 0.00008 0.00008 0.00020 0.00020 0.00009 0.00009 0.00009 Vr (T) 7.17 5.33 4.80 4.47 5.13 5.35 7.57 1.52 17.11 1.10 6.56 0.55 1.68 1.72 1.52 7.24 5.13 5.33 1.68 5.35 4.37 7.57 4.47 6.46 1.10 0.55 1.70 2.11 4.72 4.28 4.27 4.96 4.07 6.92 2.11 4.72 4.96 6.92 4.28 4.27 4.07 4.86 3.85 4.58 3.37 3.35 3.28 3.26 2.49 2.39 1.18 1.18 1.91 1.89 1.37 1.27 1.37 Vs (T) 143 UAEMéx- Ingeniería Civil 68 69 70 71 72 144 2 2 2 2 2 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 1.21 2.31 1.03 2.31 1.03 69 2,915 243 2,915 243 0.01 0.39 0.03 0.39 0.03 0.00 0.03 0.00 0.03 0.00 0.00 0.09 0.01 0.09 0.01 0.01 0.49 0.04 0.49 0.04 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 1.27 4.49 1.78 4.49 1.78 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT Fr P (T) 73 2 0.700 0.49 74 2 0.700 0.49 75 2 0.700 0.24 76 2 0.700 0.24 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 62 2 63 2 64 2 Fr 0.800 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 Pu (T) 6.94 11.75 6.87 4.65 4.55 4.62 7.40 1.71 22.24 0.97 10.30 0.49 1.10 1.53 1.71 6.94 4.55 11.75 1.10 4.62 6.74 7.40 4.65 10.26 0.97 0.49 1.52 2.10 2.41 4.13 4.07 2.57 4.02 2.10 2.41 2.57 4.02 4.13 4.07 2.54 3.13 2.38 2.99 1.98 1.97 1.47 1.47 1.00 0.97 1.37 1.37 1.53 1.53 K (T/m) 89 89 7 7 Mu (T*m) 12.56 3.01 4.08 4.34 2.45 2.72 5.23 0.08 16.54 0.04 2.89 0.01 0.15 0.37 0.08 12.86 2.45 3.01 0.15 2.72 3.01 5.23 4.34 2.76 0.04 0.01 0.36 0.31 1.49 2.11 2.11 1.65 3.20 0.31 1.49 1.65 3.20 2.11 2.11 2.24 1.49 0.87 1.29 1.44 1.41 1.44 1.41 0.71 0.64 0.02 0.02 0.27 0.26 Vd (T) 0.01 0.01 0.00 0.00 Vt (T) 0.00 0.00 0.00 0.00 Vt' (T) 0.00 0.00 0.00 0.00 Vu (T) 0.01 0.01 0.00 0.00 distor*Q' 0.00009 0.00009 0.00025 0.00025 Vr (T) 1.21 1.21 0.51 0.51 Vs (T) Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 35.59 13.25 20.63 19.95 23.95 25.20 38.02 5.18 111.93 3.57 30.10 1.08 6.56 6.45 5.18 36.05 23.95 13.25 6.56 25.20 18.00 38.02 19.95 29.44 3.57 1.08 6.35 8.11 22.50 19.12 19.09 23.75 34.70 8.11 22.50 23.75 34.70 19.12 19.09 18.76 22.99 17.64 21.43 15.19 15.09 14.96 14.85 10.98 10.48 3.62 3.62 7.46 7.36 145 UAEMéx- Ingeniería Civil 65 66 67 68 69 146 2 2 2 2 2 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 1.39 1.33 1.39 1.33 2.54 0.04 0.03 0.04 0.03 1.29 4.63 4.12 4.63 4.12 21.14 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT Fr Pu (T) 70 2 0.800 1.13 71 2 0.800 2.54 72 2 0.800 1.13 73 2 0.800 0.54 74 2 0.800 0.54 75 2 0.800 0.26 6 2 0.800 0.26 Mu (T*m) 0.11 1.29 0.11 0.04 0.04 0.01 0.01 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 7.06 21.14 7.06 4.49 4.49 1.07 1.07 147 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabique Hueco Reforzado Interiormente (en lo sucesivo llamado piezas cerámicas) Características usadas para este tipo de material: Tabla B.4 Características del tabique hueco reforzado. F*m Modulo de V* Peso Volumétrico Elasticidad (E ) 37.28 kg/cm² 22368 kg/cm² 3 kg/cm² 2200 kg/m³ El espesor usado en los muros para este tipo de material fue de 15 cm, los resultados obtenidos son los que se muestran en la siguiente figura, mostrándose con rojo aquellos muros que no pasan y con naranja los que no tienen ningún problema: La revisión por carga vertical, es la que se muestra de manera gráfica en las figuras B.13 y B.14 para planta baja y planta alta respectivamente. Es importante observar que para este tipo de carga los muros pasan sin ningún problema. Figura B.13. Planta baja 148 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.14Planta alta La revisión por carga lateral, es la que se muestra en las figuras B.15 y B.16, como se verifica más adelante con los resultados obtenidos del ANEM se observa que para este sistema no hay ningún problema con la carga lateral. Figura B.15. Planta baja 149 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.16 Planta alta La revisión por momento de volteo, se verifica en las figuras B.17 y B.18 para planta baja y planta alta respectivamente, y de las figuras y del análisis por medio del ANEM vemos que la estructura no tiene problema con esta carga. : Figura B.17 Planta baja 150 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.18 Planta alta Enseguida se muestran los principales resultados obtenidos por medio del programa AMEN gcw para el cálculo de la estructura a base de muros de carga, para el caso de Tabique hueco reforzado interiormente. Los resultados de las cargas actuantes contra las resistentes, así como los resultados del análisis sísmico se detallan a continuación: 151 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería 2/09 REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 62 2 63 2 65 2 66 2 67 2 68 2 69 2 70 2 152 Pu (T) 11.20 17.71 10.59 7.56 7.64 7.77 12.17 2.65 35.67 1.65 16.41 0.82 1.81 2.58 2.65 11.18 7.64 1.81 7.77 10.35 12.17 7.56 16.34 1.65 0.82 2.57 3.09 3.94 6.09 6.01 4.19 4.00 6.41 3.94 4.19 6.41 6.09 6.01 4.00 4.90 3.75 4.67 3.15 3.13 2.48 2.47 1.72 1.67 1.97 1.97 2.32 2.03 1.95 2.03 1.95 4.07 1.77 Fe 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 Fr 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 Pr (T) CB (T/m) 76.04 3.52 40.17 10.54 45.43 5.57 46.63 3.88 55.47 3.29 58.10 3.20 80.10 3.63 15.54 4.08 167.38 5.10 11.96 3.30 59.78 6.56 5.98 3.29 19.13 2.26 18.65 3.31 15.54 4.08 76.99 3.47 55.47 3.29 19.13 2.26 58.10 3.20 40.17 6.16 80.10 3.63 46.63 3.88 58.58 6.67 11.96 3.30 5.98 3.29 18.41 3.33 22.24 3.32 55.47 1.70 45.43 3.20 45.43 3.16 58.10 1.72 46.63 2.05 80.10 1.91 55.47 1.70 58.10 1.72 80.10 1.91 45.43 3.20 45.43 3.16 46.63 2.05 55.47 2.11 44.24 2.03 52.13 2.14 38.98 1.93 38.74 1.93 38.98 1.52 38.74 1.52 29.89 1.38 28.69 1.39 11.96 3.95 11.96 3.95 21.04 2.63 14.35 3.39 13.15 3.54 14.35 3.39 13.15 3.54 52.13 1.87 20.32 2.08 Civil Oc.2 UAEMéx- Ingeniería Civil 71 72 73 74 75 76 2 2 2 2 2 2 4.07 1.77 0.91 0.91 0.43 0.43 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 52.13 20.32 14.35 14.35 5.98 5.98 1.87 2.08 1.52 1.52 1.72 1.72 153 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT Pu (T) Fe Fr Pr (T) CB (T/m) REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 60 2 61 2 62 2 63 2 64 2 65 2 66 2 67 2 68 2 154 Fr 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 P (T) 7.71 11.87 7.19 5.20 5.30 5.41 8.40 1.78 24.37 1.15 11.17 0.57 1.20 1.79 1.78 7.70 5.30 11.87 1.20 5.41 7.02 8.40 5.20 11.12 1.15 0.57 1.77 2.14 2.78 4.23 4.17 2.95 2.80 2.14 2.78 2.95 4.50 4.23 4.17 2.80 3.43 2.63 3.27 2.21 2.20 1.75 1.74 1.18 1.37 1.37 1.61 1.61 1.41 1.35 1.41 1.35 K (T/m) 9,692 2,323 3,147 3,351 5,016 5,559 10,704 169 33,869 79 5,915 10 309 287 169 9,928 5,016 2,323 309 5,559 2,323 10,704 3,351 5,660 79 10 277 446 4,783 2,990 2,990 5,307 3,185 446 4,783 5,307 10,286 2,990 2,990 3,185 4,783 2,801 4,148 2,040 2,008 2,040 2,008 907 74 74 381 369 126 98 126 98 Vd (T) 3.21 0.77 1.04 1.11 0.57 0.63 1.22 0.02 3.85 0.01 0.67 0.00 0.04 0.09 0.02 3.29 0.57 0.77 0.04 0.63 0.77 1.22 1.11 0.64 0.01 0.00 0.09 0.11 0.48 0.74 0.74 0.54 0.78 0.11 0.48 0.54 1.04 0.74 0.74 0.78 0.48 0.28 0.42 0.50 0.49 0.50 0.49 0.22 0.01 0.01 0.09 0.09 0.01 0.01 0.01 0.01 Vt (T) 0.76 0.02 0.21 0.57 0.16 0.18 0.34 0.00 0.00 0.00 0.07 0.00 0.01 0.04 0.00 0.78 0.16 0.02 0.01 0.18 0.16 0.34 0.57 0.07 0.00 0.00 0.04 0.03 0.12 0.09 0.01 0.13 0.17 0.03 0.12 0.13 0.25 0.09 0.01 0.17 0.00 0.00 0.00 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Vt' (T) 0.18 0.00 0.05 0.13 0.68 0.75 1.45 0.01 0.01 0.00 0.29 0.00 0.03 0.01 0.01 0.19 0.68 0.00 0.03 0.75 0.04 1.45 0.13 0.28 0.00 0.00 0.01 0.01 0.30 0.03 0.01 0.33 0.06 0.01 0.30 0.33 0.64 0.03 0.01 0.06 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Vu (T) 4.43 0.87 1.39 1.89 1.03 1.14 2.20 0.03 4.24 0.01 0.91 0.01 0.06 0.15 0.02 4.54 1.03 0.87 0.06 1.14 1.03 2.20 1.89 0.88 0.01 0.01 0.14 0.15 0.76 0.92 0.83 0.84 1.07 0.15 0.76 0.84 1.63 0.92 0.83 1.07 0.53 0.31 0.46 0.63 0.62 0.62 0.61 0.31 0.01 0.01 0.10 0.10 0.02 0.01 0.02 0.01 distor*Q' 0.00025 0.00021 0.00025 0.00031 0.00010 0.00010 0.00010 0.00007 0.00006 0.00008 0.00008 0.00031 0.00010 0.00029 0.00007 0.00025 0.00010 0.00021 0.00010 0.00010 0.00025 0.00010 0.00031 0.00008 0.00008 0.00031 0.00029 0.00019 0.00008 0.00017 0.00015 0.00008 0.00018 0.00019 0.00008 0.00008 0.00008 0.00017 0.00015 0.00018 0.00006 0.00006 0.00006 0.00017 0.00017 0.00017 0.00017 0.00019 0.00006 0.00006 0.00015 0.00015 0.00006 0.00006 0.00006 0.00006 Vr (T) 6.63 5.14 4.50 4.16 4.77 4.96 7.04 1.40 16.14 1.03 6.28 0.51 1.51 1.60 1.40 6.69 4.77 5.14 1.51 4.96 4.12 7.04 4.16 6.19 1.03 0.51 1.59 1.91 4.24 3.88 3.87 4.45 3.66 1.91 4.24 4.45 6.22 3.88 3.87 3.66 4.37 3.47 4.12 3.03 3.01 2.93 2.92 2.14 1.07 1.07 1.73 1.71 1.24 1.15 1.24 1.15 Vs (T) UAEMéx- Ingeniería Civil 69 70 71 72 2 2 2 2 0.700 0.700 0.700 0.700 2.86 1.24 2.86 1.24 4,148 346 4,148 346 0.42 0.03 0.42 0.03 0.04 0.00 0.04 0.00 0.10 0.01 0.10 0.01 0.53 0.04 0.53 0.04 0.00006 0.00006 0.00006 0.00006 4.03 1.60 4.03 1.60 155 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT Fr P (T) 73 2 0.700 0.65 74 2 0.700 0.65 75 2 0.700 0.30 76 2 0.700 0.30 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 62 2 64 2 65 2 156 Fr 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 Pu (T) 8.48 13.05 7.91 5.72 5.83 5.95 9.24 1.96 26.80 1.27 12.28 0.63 1.32 1.96 1.96 8.47 5.83 13.05 1.32 5.95 7.73 9.24 5.72 12.23 1.27 0.63 1.95 2.36 3.05 4.65 4.59 3.24 3.08 4.95 2.36 3.05 3.24 4.95 4.65 4.59 3.08 3.77 2.89 2.43 2.42 1.92 1.92 1.34 1.30 1.50 1.50 1.77 1.55 K (T/m) 126 126 9 9 Mu (T*m) 13.92 3.34 4.52 4.81 2.72 3.01 5.80 0.09 18.36 0.04 3.21 0.01 0.17 0.41 0.09 14.26 2.72 3.34 0.17 3.01 3.34 5.80 4.81 3.07 0.04 0.01 0.40 0.34 1.62 2.29 2.29 1.79 2.43 3.48 0.34 1.62 1.79 3.48 2.29 2.29 2.43 1.62 0.95 1.56 1.53 1.56 1.53 0.77 0.69 0.02 0.02 0.28 0.04 Vd (T) 0.01 0.01 0.00 0.00 Vt (T) 0.00 0.00 0.00 0.00 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 37.02 21.05 21.20 20.56 24.81 26.14 39.83 5.22 121.41 3.61 31.55 1.09 6.61 6.55 5.22 37.50 24.81 21.05 6.61 26.14 18.48 39.83 20.56 30.85 3.61 1.09 6.44 8.17 22.94 19.41 19.37 24.22 19.07 35.61 8.17 22.94 24.22 35.61 19.41 19.37 19.07 23.42 17.92 15.40 15.30 15.17 15.06 11.10 10.59 3.64 3.64 7.41 4.65 Vt' (T) 0.00 0.00 0.00 0.00 Vu (T) 0.02 0.02 0.00 0.00 distor*Q' 0.00006 0.00006 0.00018 0.00018 Vr (T) 1.08 1.08 0.46 0.46 Vs (T) UAEMéx- Ingeniería Civil 66 67 68 69 2 2 2 2 0.800 0.800 0.800 0.800 1.49 1.55 1.49 3.15 0.03 0.04 0.03 1.40 4.14 4.65 4.14 21.53 157 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería 2/09 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT Fr Pu (T) 70 2 0.800 1.36 71 2 0.800 3.15 72 2 0.800 1.36 73 2 0.800 0.71 74 2 0.800 0.71 75 2 0.800 0.33 76 2 0.800 0.33 158 Mu (T*m) 0.12 1.40 0.12 0.04 0.04 0.01 0.01 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 7.12 21.53 7.12 4.52 4.52 1.07 1.07 Civil Oc.2 UAEMéx- Ingeniería Civil Block de concreto Características usadas para este tipo de material: Tabla B.5. Características del tabicón de concreto F*m Modulo de V* Peso Volumétrico Elasticidad (E ) 17.42 kg/cm² 13984 kg/cm² 3 kg/cm² 2200 kg/m³ El espesor usado en los muros para este tipo de material fue de 20 cm, los resultados obtenidos son los que se muestran en la siguiente figura, mostrándose con rojo aquellos muros que no pasan y con naranja los que no tienen ningún problema, Para carga vertical, en la figura B.19 se observa que los muros que no pasan son los muros 2 y 23 por lo que más adelante se propone una trabe sobre el eje de los estos muros para aliviar la carga a la que se les somete. Figura B.19. Planta baja Figura B.20 Planta alta 159 UAEMéx- Ingeniería Civil En cuanto a la carga lateral como se observa en la figura B.21 y B.22 la estructura no tienen problemas de que se sobrepase la resistencia, como también se verifica en los resultados obtenidos del ANEM, que se detallan más adelante. Figura B.21 Planta baja Figura B.22 Planta alta En cuanto a la revisión por momento de volteo se observa que los muros 2 y 23 se ven sobrepasados en sus esfuerzos resistentes por los esfuerzos actuantes, esto para la planta baja en la planta alta no se observa ningún problema, esto como se muestra en la B.23 y B.24. 160 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.23. Planta baja Figura B.24 Planta alta Como se puede observar en las figuras anteriores se presentan problemas de concentración de esfuerzos en los muros 2 y 23 por lo que se propone una trabe de dimensiones 20X25 vaya del eje A hasta el eje E sobre los ejes 4 y 5 aún cuando el cuatro no presenta este problema se recomienda también usar trabe ya que el factor de seguridad se encuentra en el límite. Enseguida se muestran los principales resultados obtenidos por medio del programa AMEN gcw para el cálculo de la estructura a base de muros de carga, para el caso de Tabicón. Los resultados de las cargas actuantes contra las resistentes, así como los resultados del análisis sísmico se detallan a continuación: 161 UAEMéx- Ingeniería Civil 162 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 3/09 REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT Pu (T) 69 2 4.88 70 2 2.08 71 2 4.88 72 2 2.08 73 2 1.14 74 2 1.14 75 2 0.52 76 2 0.52 Fe 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 0.350 Fr 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 0.600 Pr (T) CB (T/m) 19.67 2.24 7.67 2.45 19.67 2.24 7.67 2.45 5.41 1.89 5.41 1.89 2.26 2.09 2.26 2.09 REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 57 2 58 2 59 2 60 2 Fr 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 P (T) 9.17 13.11 8.19 6.22 6.51 6.68 10.15 2.01 28.71 1.44 13.06 0.70 1.40 2.20 2.01 9.16 6.51 13.11 1.40 6.68 7.96 10.15 6.22 12.99 1.44 0.70 2.19 2.39 4.73 4.68 3.59 3.31 5.38 2.39 3.39 3.59 5.38 4.73 4.68 3.31 4.04 3.12 3.84 2.64 2.18 2.17 1.55 1.50 K (T/m) 8,079 1,936 2,624 2,793 4,181 4,634 8,923 141 28,233 65 4,931 8 257 239 141 8,276 4,181 1,936 257 4,634 1,936 8,923 2,793 4,718 65 8 230 372 2,493 2,493 4,423 2,655 8,574 372 3,987 4,423 8,574 2,493 2,493 2,655 3,987 2,335 3,457 1,700 1,700 1,674 845 756 Vd (T) 3.96 0.95 1.29 1.37 0.70 0.78 1.50 0.02 4.74 0.01 0.83 0.00 0.04 0.12 0.02 4.06 0.70 0.95 0.04 0.78 0.95 1.50 1.37 0.79 0.01 0.00 0.11 0.13 0.88 0.88 0.64 0.94 1.24 0.13 0.58 0.64 1.24 0.88 0.88 0.94 0.58 0.34 0.50 0.60 0.60 0.59 0.30 0.27 Vt (T) 0.94 0.02 0.26 0.70 0.20 0.22 0.42 0.00 0.00 0.00 0.09 0.00 0.01 0.05 0.00 0.96 0.20 0.02 0.01 0.22 0.19 0.42 0.70 0.08 0.00 0.00 0.05 0.03 0.11 0.02 0.15 0.20 0.30 0.03 0.14 0.15 0.30 0.11 0.02 0.20 0.00 0.00 0.00 0.07 0.07 0.07 0.08 0.07 Vt' (T) 0.22 0.01 0.06 0.17 0.84 0.93 1.79 0.01 0.01 0.00 0.36 0.00 0.04 0.01 0.01 0.23 0.84 0.01 0.04 0.93 0.05 1.79 0.17 0.35 0.00 0.00 0.01 0.01 0.04 0.01 0.40 0.08 0.77 0.01 0.36 0.40 0.77 0.04 0.01 0.08 0.00 0.00 0.00 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 Vu (T) 5.47 1.07 1.72 2.33 1.27 1.40 2.70 0.03 5.22 0.01 1.13 0.01 0.07 0.19 0.03 5.60 1.27 1.07 0.07 1.41 1.27 2.71 2.33 1.08 0.01 0.01 0.18 0.19 1.10 0.99 1.01 1.28 1.95 0.19 0.91 1.01 1.95 1.10 0.99 1.28 0.64 0.37 0.55 0.75 0.74 0.73 0.42 0.38 distor*Q' 0.00039 0.00032 0.00038 0.00048 0.00016 0.00016 0.00016 0.00011 0.00010 0.00012 0.00012 0.00048 0.00015 0.00045 0.00011 0.00039 0.00016 0.00032 0.00015 0.00016 0.00038 0.00016 0.00048 0.00012 0.00012 0.00048 0.00045 0.00028 0.00025 0.00023 0.00012 0.00027 0.00012 0.00028 0.00012 0.00012 0.00012 0.00025 0.00023 0.00027 0.00008 0.00008 0.00008 0.00025 0.00025 0.00025 0.00028 0.00028 Vr (T) 8.60 6.28 5.71 5.40 6.24 6.51 9.17 1.79 20.73 1.35 7.99 0.67 1.97 2.10 1.79 8.69 6.24 6.28 1.97 6.51 5.20 9.17 5.40 7.87 1.35 0.67 2.08 2.45 4.98 4.97 5.86 4.79 8.17 2.45 5.58 5.86 8.17 4.98 4.97 4.79 5.72 4.54 5.38 3.98 3.88 3.86 2.95 2.83 Vs (T) 163 UAEMéx- Ingeniería Civil 61 62 63 64 65 164 2 2 2 2 2 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 1.50 1.50 1.85 1.84 1.57 62 62 318 308 105 0.01 0.01 0.11 0.11 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.01 0.13 0.12 0.02 0.00009 0.00009 0.00022 0.00022 0.00009 1.36 1.36 2.24 2.21 1.59 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 3/09 REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT Fr 66 2 0.700 67 2 0.700 68 2 0.700 69 2 0.700 70 2 0.700 71 2 0.700 72 2 0.700 73 2 0.700 74 2 0.700 75 2 0.700 76 2 0.700 P (T) 1.50 1.57 1.50 3.44 1.46 3.44 1.46 0.80 0.80 0.37 0.37 K (T/m) 81 105 81 3,457 288 3,457 288 105 105 8 8 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT Fr Pu (T) 1 1 0.600 10.09 2 1 0.600 14.42 3 1 0.600 9.00 4 1 0.600 6.84 5 1 0.600 7.16 6 1 0.800 7.35 7 1 0.600 11.17 8 1 0.600 2.21 9 1 0.600 31.58 10 1 0.600 1.58 11 1 0.600 14.37 13 1 0.600 0.77 14 1 0.800 1.54 19 1 0.600 2.42 20 1 0.600 2.21 21 1 0.600 10.08 22 1 0.600 7.16 23 1 0.600 14.42 24 1 0.800 1.54 25 1 0.800 7.35 26 1 0.600 8.75 27 1 0.600 11.17 28 1 0.600 6.84 29 1 0.600 14.29 30 1 0.600 1.58 31 1 0.600 0.77 32 1 0.600 2.41 38 2 0.800 2.63 39 2 0.800 3.73 40 2 0.800 5.20 41 2 0.800 5.14 42 2 0.800 3.95 43 2 0.800 3.65 44 2 0.800 5.92 45 2 0.800 2.63 46 2 0.800 3.73 47 2 0.800 3.95 48 2 0.800 5.92 49 2 0.800 5.20 50 2 0.800 5.14 51 2 0.800 3.65 52 2 0.800 4.45 53 2 0.800 3.43 54 2 0.800 4.23 55 2 0.800 2.90 Mu (T*m) 16.98 4.07 5.52 5.87 3.31 3.67 7.07 0.11 22.37 0.05 3.91 0.02 0.20 0.50 0.11 17.40 3.31 4.07 0.20 3.67 4.07 7.07 5.87 3.74 0.05 0.02 0.48 0.41 1.93 2.74 2.74 2.15 2.92 4.16 0.41 1.93 2.15 4.16 2.74 2.74 2.92 1.93 1.13 1.68 1.87 Vd (T) 0.01 0.02 0.01 0.50 0.04 0.50 0.04 0.02 0.02 0.00 0.00 Vt (T) 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Vt' (T) 0.00 0.00 0.00 0.11 0.01 0.11 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 Vu (T) 0.02 0.02 0.02 0.64 0.05 0.64 0.05 0.02 0.02 0.00 0.00 distor*Q' 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 0.00009 0.00027 0.00027 Vr (T) 1.47 1.59 1.47 5.30 2.09 5.30 2.09 1.43 1.43 0.60 0.60 Vs (T) Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 30.10 ** 11.35 15.05 20.22 27.13 31.40 3.76 70.57 2.72 12.40 0.82 6.66 5.04 3.76 30.83 20.22 ** 6.66 27.13 8.66 31.40 15.05 11.77 2.72 0.82 4.94 8.24 23.39 19.71 19.68 24.72 19.39 36.57 8.24 23.39 24.72 36.57 19.71 19.68 19.39 23.88 18.20 22.21 15.63 165 UAEMéx- Ingeniería Civil 56 57 166 2 2 0.800 0.800 2.89 2.40 1.84 1.87 15.52 15.39 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT Fr 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0.800 0.800 0.600 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 Oc.23/09 Pu (T) Mu (T*m) 1.70 1.65 1.65 1.65 2.03 2.02 1.73 1.65 1.73 1.65 3.78 1.61 3.78 1.61 0.88 0.88 0.41 0.41 0.93 0.83 0.03 0.03 0.35 0.34 0.05 0.04 0.05 0.04 1.68 0.14 1.68 0.14 0.05 0.05 0.01 0.01 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 11.23 10.71 2.64 2.64 7.58 7.48 4.68 4.16 4.68 4.16 21.93 7.18 21.93 7.18 4.55 4.55 1.08 1.08 167 UAEMéx- Ingeniería Civil 168 UAEMéx- Ingeniería Civil Para que este material tuviera un mejor comportamiento debe tener un f*m=24 kg/cm², para lo cual es necesario agregar más cemento en el proceso de elaboración, los resultados que se obtendrían son los siguientes: UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA VERTICAL MURO ENT Pu (T) REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 Fr 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 Fe P (T) 9.17 13.11 8.19 6.22 6.51 6.68 10.15 2.01 28.71 1.44 13.06 0.70 1.40 2.20 2.01 9.16 6.51 13.11 1.40 6.68 7.96 10.15 6.22 12.99 1.44 0.70 2.19 2.39 3.39 4.73 4.68 3.59 3.31 5.38 2.39 3.39 3.59 5.38 4.73 4.68 3.31 4.04 3.12 3.84 2.64 2.63 2.18 2.17 1.55 1.50 1.50 Fr K (T/m) 11,093 2,658 3,602 3,835 5,740 6,362 12,251 194 38,763 90 6,770 11 353 328 194 11,363 5,740 2,658 353 6,362 2,658 12,251 3,835 6,478 90 11 316 511 5,474 3,423 3,423 6,073 3,645 11,772 511 5,474 6,073 11,772 3,423 3,423 3,645 5,474 3,206 4,747 2,334 2,298 2,334 2,298 1,160 1,038 85 Pr (T) CB (T/m) Vd (T) 3.71 0.89 1.20 1.28 0.66 0.73 1.41 0.02 4.45 0.01 0.78 0.00 0.04 0.11 0.02 3.80 0.66 0.89 0.04 0.73 0.89 1.41 1.28 0.74 0.01 0.00 0.11 0.12 0.54 0.83 0.83 0.60 0.88 1.17 0.12 0.54 0.60 1.17 0.83 0.83 0.88 0.54 0.32 0.47 0.56 0.55 0.56 0.55 0.28 0.25 0.01 Vt (T) 0.88 0.02 0.24 0.66 0.19 0.21 0.40 0.00 0.00 0.00 0.08 0.00 0.01 0.04 0.00 0.90 0.19 0.02 0.01 0.21 0.18 0.40 0.66 0.08 0.00 0.00 0.04 0.03 0.13 0.10 0.02 0.14 0.19 0.28 0.03 0.13 0.14 0.28 0.10 0.02 0.19 0.00 0.00 0.00 0.07 0.07 0.06 0.06 0.07 0.06 0.00 Vt' (T) 0.21 0.00 0.06 0.16 0.78 0.87 1.67 0.01 0.01 0.00 0.34 0.00 0.04 0.01 0.01 0.21 0.79 0.00 0.04 0.87 0.04 1.68 0.16 0.33 0.00 0.00 0.01 0.01 0.34 0.04 0.01 0.37 0.07 0.72 0.01 0.34 0.37 0.72 0.04 0.01 0.07 0.00 0.00 0.00 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03 0.02 0.00 Vu (T) 5.11 1.00 1.61 2.18 1.19 1.32 2.54 0.03 4.90 0.01 1.06 0.01 0.07 0.17 0.03 5.24 1.19 1.00 0.07 1.32 1.19 2.54 2.18 1.01 0.01 0.01 0.17 0.17 0.85 1.03 0.93 0.94 1.20 1.83 0.17 0.85 0.94 1.83 1.03 0.93 1.20 0.60 0.35 0.52 0.70 0.69 0.70 0.69 0.39 0.35 0.01 distor*Q' 0.00026 0.00021 0.00025 0.00032 0.00010 0.00010 0.00010 0.00008 0.00006 0.00008 0.00008 0.00032 0.00010 0.00029 0.00007 0.00026 0.00010 0.00021 0.00010 0.00010 0.00025 0.00010 0.00032 0.00008 0.00008 0.00032 0.00029 0.00018 0.00008 0.00016 0.00015 0.00008 0.00018 0.00008 0.00018 0.00008 0.00008 0.00008 0.00016 0.00015 0.00018 0.00005 0.00005 0.00005 0.00016 0.00016 0.00016 0.00016 0.00018 0.00018 0.00006 Vr (T) 8.60 6.28 5.71 5.40 6.24 6.51 9.17 1.79 20.73 1.35 7.99 0.67 1.97 2.10 1.79 8.69 6.24 6.28 1.97 6.51 5.20 9.17 5.40 7.87 1.35 0.67 2.08 2.45 5.58 4.98 4.97 5.86 4.79 8.17 2.45 5.58 5.86 8.17 4.98 4.97 4.79 5.72 4.54 5.38 3.98 3.95 3.88 3.86 2.95 2.83 1.36 Vs (T) 169 UAEMéx- Ingeniería Civil 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 170 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 0.700 1.50 1.85 1.84 1.57 1.50 1.57 1.50 3.44 1.46 3.44 1.46 85 437 423 144 112 144 112 4,747 395 4,747 395 0.01 0.11 0.10 0.01 0.01 0.01 0.01 0.47 0.04 0.47 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.11 0.01 0.11 0.01 0.01 0.12 0.11 0.02 0.01 0.02 0.01 0.60 0.05 0.60 0.05 0.00006 0.00015 0.00015 0.00006 0.00006 0.00006 0.00006 0.00006 0.00006 0.00006 0.00006 1.36 2.24 2.21 1.59 1.47 1.59 1.47 5.30 2.09 5.30 2.09 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR CARGA LATERAL MURO ENT Fr 73 2 0.700 74 2 0.700 75 2 0.700 76 2 0.700 P (T) 0.80 0.80 0.37 0.37 K (T/m) 144 144 11 11 Vd (T) 0.01 0.01 0.00 0.00 Vt (T) 0.00 0.00 0.00 0.00 Vt' (T) 0.00 0.00 0.00 0.00 Vu (T) 0.02 0.02 0.00 0.00 distor*Q' 0.00006 0.00006 0.00018 0.00018 Vr (T) 1.43 1.43 0.60 0.60 Vs (T) REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 13 1 14 1 19 1 20 1 21 1 22 1 23 1 24 1 25 1 26 1 27 1 28 1 29 1 30 1 31 1 32 1 38 2 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 2 50 2 51 2 52 2 53 2 54 2 55 2 56 2 57 2 58 2 59 2 60 2 61 2 62 2 Fr 0.800 0.600 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.600 0.800 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.600 0.800 0.800 0.600 0.800 0.800 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 Pu (T) 10.09 14.42 9.00 6.84 7.16 7.35 11.17 2.21 31.58 1.58 14.37 0.77 1.54 2.42 2.21 10.08 7.16 14.42 1.54 7.35 8.75 11.17 6.84 14.29 1.58 0.77 2.41 2.63 3.73 5.20 5.14 3.95 3.65 5.92 2.63 3.73 3.95 5.92 5.20 5.14 3.65 4.45 3.43 4.23 2.90 2.89 2.40 2.39 1.70 1.65 1.65 1.65 Mu (T*m) 15.90 3.81 5.16 5.50 3.11 3.44 6.63 0.10 20.97 0.05 3.66 0.02 0.19 0.47 0.10 16.29 3.11 3.81 0.19 3.44 3.81 6.63 5.50 3.50 0.05 0.02 0.45 0.38 1.81 2.56 2.56 2.01 2.73 3.90 0.38 1.81 2.01 3.90 2.56 2.56 2.73 1.81 1.06 1.57 1.75 1.72 1.75 1.72 0.87 0.78 0.03 0.03 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 38.53 5.91 15.09 21.19 25.71 27.13 41.73 5.27 99.19 3.65 18.66 1.10 6.66 6.64 5.27 39.02 25.71 5.91 6.66 27.13 11.99 41.73 21.19 17.90 3.65 1.10 6.54 8.24 23.39 19.71 19.68 24.72 19.39 36.57 8.24 23.39 24.72 36.57 19.71 19.68 19.39 23.88 18.20 22.21 15.63 15.52 15.39 15.28 11.23 10.71 3.66 3.66 171 UAEMéx- Ingeniería Civil 63 64 172 2 2 0.800 0.800 2.03 2.02 0.33 0.32 7.58 7.48 UAEMéx- Ingeniería Civil UAMEX - Ingeniería Civil Oc.2 2/09 REVISION POR MOMENTO DE VOLTEO MURO ENT Fr Pu (T) 66 2 0.800 1.65 67 2 0.800 1.73 68 2 0.800 1.65 69 2 0.800 3.78 70 2 0.800 1.61 71 2 0.800 3.78 72 2 0.800 1.61 73 2 0.800 0.88 74 2 0.800 0.88 75 2 0.800 0.41 76 2 0.800 0.41 Mu (T*m) 0.04 0.05 0.04 1.57 0.13 1.57 0.13 0.05 0.05 0.01 0.01 Mr (T*m) S1 (Kg/cm2) 4.16 4.68 4.16 21.93 7.18 21.93 7.18 4.55 4.55 1.08 1.08 Para el diseño de la estructura se generó una hoja de cálculo cuyos principales resultados se muestran en las páginas siguientes. 173 UAEMéx- Ingeniería Civil 174 UAEMéx- Ingeniería Civil 175 UAEMéx- Ingeniería Civil Es importante mencionar en esta parte que la separación, en caso de tomar rigurosamente lo marcado en el reglamento, resultará de 33 cm ya que rige la condición de cambios volumétricos por temperatura, y no por esfuerzos actuantes lo cual resultaría en una separación mayor. El problema que 176 UAEMéx- Ingeniería Civil presenta dicha separación es que probablemente se presentarán agrietamientos en el corto plazo, lo cual si afecta las condiciones de servicio, por lo que se estableció un armado con barras del # 3 @ 20 cm en ambas direcciones tanto en franjas centrales como extremas. 177 UAEMéx- Ingeniería Civil Diseño de la trabe T1 Como resultado del análisis de los muros se observa que los muros localizados en el eje 4 y 5 de la figura, presentan mayor concentración de esfuerzos por lo que se propone utilizar la trabe T1, misma que se diseña a continuación, la ubicación de las trabes es la que se muestra en la figura B.25: D1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 T1 T1 T1 D1 D1 T1 D1 D1 D1 T1 T1 T1 D1 T1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 D1 Figura B.25 Distribución de Dalas y Trabes en planta baja En seguida se muestran los cálculos específicos para la trabe propuesta de acuerdo al procedimiento realizado en la hoja de cálculo. 178 UAEMéx- Ingeniería Civil 179 UAEMéx- Ingeniería Civil 180 UAEMéx- Ingeniería Civil Diseño de la cimentación Consideraciones Generales para la mampostería de piedra braza: * La resistencia de la piedra a compresión en dirección normal a los planos de formación es de 150 kg/cm². * La resistencia mínima a compresión en dirección paralela a los planos de formación es de 100 kg/cm² * Se considero mampostería unida con mortero de resistencia en compresión mayor de 50 kg/cm², con f*m=20kg/cm² (compresión) y ν*=0.6 kg/cm² (cortante). 181 UAEMéx- Ingeniería Civil Datos: Casa ubicada en terreno tipo 1 con una capacidad del terreno promedio de q=15ton/m², el factor de carga que se propone es de 1.4 el peso volumétrico de la mampostería de piedra es de 2 600 kg/m³ (Basaltos secos), la corona del cimiento es de 30 cm La distribución de la cimentación es como se muestra en la figura B.26, y los cálculos correspondientes se presentan en la tabla B.6 Figura B.26. Distribución de la cimentación 182 UAEMéx- Ingeniería Civil Tabla B.6. Diseño de cimentación C= 30.00 cm qr 15.00 = Ton/m² Tip o L 2E 2E 2E 2E 2E 2E 2E L 2E 2E 2E 2E 2E 2E L Diseño Tramo Wu A (2-6) A' (4-4') B (2-4) B' (5'-6) C (2'-6) C' (5'-6) D (2-4) D' (4-4') E (2-6) 2 (A-B) 2 (D-E) 2' (B-D) 4 (A-B) 4 (D-E) 5 (A-E) 6 (A-E) (kg/m) 9810 5475 6309 5400 12801 5400 6309 5475 9810 6636 6636 6090 10085 10085 10869 6257 (m) 0.7 0.4 0.4 0.4 0.9 0.4 0.4 0.4 0.7 0.4 0.4 0.4 0.7 0.7 0.7 0.4 Por compresión en el terreno v=B-C H=1.5v Sección final Sección Constructivo h B h (m) 0.35 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A 0.35 N/A N/A N/A N/A N/A N/A 0.12 (m) 0.53 0.05 0.09 0.05 0.42 0.05 0.09 0.05 0.53 0.11 0.11 0.08 0.28 0.28 0.32 0.18 (m) N/A 0.03 0.06 0.03 0.28 0.03 0.06 0.03 N/A 0.07 0.07 0.05 0.19 0.19 0.21 N/A (m) 0.53 0.05 0.09 0.05 0.42 0.05 0.09 0.05 0.53 0.11 0.11 0.08 0.28 0.28 0.32 0.18 (m) 0.7 0.4 0.4 0.4 0.9 0.4 0.4 0.4 0.7 0.4 0.4 0.4 0.7 0.7 0.7 0.4 (m) 0.70 0.40 0.50 0.40 0.90 0.40 0.50 0.40 0.70 0.50 0.50 0.50 0.70 0.70 0.80 0.50 (m) 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 Con el fin de uniformizar las secciones se propone la utilización de dos tipo de zapatas como se muestra en la figura 4.27, para las dalas y castillos se propone un f’c=200 kg/cm² 183 UAEMéx- Ingeniería Civil Figura B.27. Detalle de la cimentación 184 UAEMéx- Ingeniería Civil ANEXO C Análisis de costos para los diferentes sistemas Presupuesto para la construcción de la casa habitación a base de muros de tabique rojo recocido MATERIALES Concepto Unidad KG Cantidad 113.30 Precio $ 18.00 Importe $ 2,039.33 % Incidencia 0.67% MEZCLADORA DE 4" C/MANGUERAS P/LAV PZA 2.00 191.69 383.38 0.13% LLAVE FREG C/NIPLE EXT Y CH FIG.5-C PZA 4.00 145.00 580.00 0.19% REGADERA CHUMA DICA 3001-B URREA PZA 2.00 102.91 205.82 0.07% MANGUERA FREGA. 13X13X55 FIG-25-M PZA 4.00 15.42 61.68 0.02% ALAMBRE RECOCIDO PEGAMENTO 1190 LT 13.00 24.96 324.48 0.11% ALAMBRON KG 561.13 12.00 6,733.51 2.20% LAVABO AZUL REY COMERCIAL CAPIZZI PZA 2.00 210.00 420.00 0.14% JGO.ACC. 6 PZAS. DURAZNO JGO 2.00 152.38 304.76 0.10% VARILLA DE 3/8" 9.5 MM KG 2,200.08 8.50 18,700.69 6.11% CALENTADOR CINSA SEMI 40 LT C/E PZA 2.13 921.39 1,964.53 0.64% TINACO ROTOPLAS 600 LTS. C/TAPA PZA 2.00 943.60 1,887.20 0.62% CESPOL 1 SALIDA 40MM REXOLIT PZA 2.00 39.68 79.36 0.03% CESPOL FREGADERO REXOLIT PZA 2.00 39.42 78.84 0.03% FREGADERO P/EMPOT.950.510 1C 1E D PZA 2.00 611.15 1,222.30 0.40% JUNTA PROHEL GRANDE PULKESA PZA 2.00 6.15 12.30 0.00% 18.86L 3.65 1,540.62 5,617.87 1.84% ROLL 0.80 1,228.85 985.82 0.32% SOLDADURA ELECTRODO 6013 DE 1/8" KG 6.00 22.88 137.28 0.04% MICROSEAL No. 2F CUB 1.24 348.68 431.00 0.14% CERRADURA SCOVILL PZA 12.00 47.00 564.00 0.18% ANGULO DE FIERRO DE 1/8" X 1" KG 18.85 11.64 219.41 0.07% AGUA ( MANEJO) M3 54.01 15.58 841.51 0.27% DOMO SIN VENTILA DE 0.90 M. DE DIAM. PZA 1.00 1,453.82 1,453.82 0.48% ARENA M3 81.37 120.00 9,764.08 3.19% BARROTE DE PINO DE 3a DE 1.5"x3.5"x8.25'' PZA 34.57 30.45 1,052.72 0.34% BISAGRA PZA 36.00 7.70 277.20 0.09% CALHIDRA TON 0.47 739.13 346.05 0.11% CEMENTO GRIS TON 32.53 1,850.00 60,171.78 19.66% CRISTAL CLARO DE 4 MM AL CORTE M2 17.88 202.55 3,621.59 1.18% CLAVOS DE 2 A 4 " KG 87.26 21.00 1,832.52 0.60% CLAVOS SIN CABEZA KG 4.16 23.98 99.71 0.03% TORNILLO PARA MADERA 10x38 CJ. 144 CAJ 0.05 65.35 2.94 0.00% TAQUETE DE FIBRA DE 12x38 CJ. 100 CAJ 0.06 14.72 0.88 0.00% PINTURA VINILICA PRO-1000 PLUS 300, BCO. LT 137.50 30.89 4,247.38 1.39% PINTURA DE ESMALTE COMEX 100 BCO. Y COLS. REG. LT 13.04 50.75 661.94 0.22% ACRILTECHO BLANCO SIKA MALLA SELLADOR VINILICO 5x1 CLASICO LT 55.00 23.13 1,272.15 0.42% DIESEL LTO 103.96 6.50 675.76 0.22% DUELA DE PINO DE 3a DE 3/4"x3.5"x8.25'' PZA 313.29 18.00 5,639.15 1.84% 185 UAEMéx- Ingeniería Civil RESISTOL 850 DE 1 LT LT 6.95 55.50 385.85 0.13% GRAVA M3 LADRILLO RECOCIDO MIL 28.28 120.00 3,393.78 1.11% 2.04 1,800.00 3,675.67 LIGA TIROL 1.20% LT 14.00 17.18 240.52 0.08% LIJA PZA 37.22 3.60 133.99 0.04% LOSETA VINILICA H.P. DE 1.3 MM M2 53.56 32.61 1,746.59 0.57% HILO CAÑAMO PZA 0.15 14.30 2.19 0.00% PIJA Y TAQUETE DE PLOMO JGO 4.00 5.70 22.80 0.01% MARCO Y CONTRAMARCO COMERCIAL PZA 2.00 68.27 136.54 0.04% M 28.00 27.83 779.24 0.25% MICROPRIMER 19L 0.18 338.25 59.62 0.02% W.C. ECONOMICO MARCA LAMOSA EN COLOR BLA PZA 2.00 690.06 1,380.12 0.45% PERFIL TUBULAR PROLAMSA 121 CAL. 18 DE 6.00 M. PZA 16.35 158.40 2,590.30 0.85% PERFIL PROLAMSA 154 CAL. 18 PZA 16.35 37.52 613.56 0.20% PEGAZULEJO KG 4.00 3.34 13.36 0.00% PIEDRA BRAZA M3 30.52 105.00 3,205.02 1.05% PIJA PZA 280.00 0.39 109.20 0.04% MADERA DE PINO DE 1a PT 42.47 21.03 893.24 0.29% 100M 0.29 708.54 208.13 0.07% POLIN DE PINO DE 3a DE 3.5"x3."x8.25'' PZA 53.24 50.40 2,683.40 0.88% TABIQUE ROJO RECOCIDO MIL 18.97 1,800.00 34,149.51 11.16% TEZONTLE 20 MM M3 8.02 180.00 1,444.01 0.47% LT 23.70 7.82 185.34 0.06% PZA 24.00 189.00 4,536.00 1.48% TUBO DE CONCRETO SIMPLE DE 15 CM. DE DIA POLIETILENO 800 (ROLLO DE 0.40x100 M) THINNER STANDARD TRIPLAY DE PINO DE 6 MM Total MATERIALES 197502.72 MANO DE OBRA Concepto CUADRILLA No 1 (1 AZULEJERO + AYUD.) Unidad JOR Cantidad 0.67 Precio $ 773.42 Importe $ 515.61 % Incidencia 0.17% CUADRILLA No 2 (1 PLOMERO+ 1 AY.ESP.) JOR 3.03 855.40 2,587.59 0.85% PEON JOR 24.39 251.11 6,123.74 2.00% AYUDANTE GENERAL JOR 39.58 190.01 7,520.04 2.46% AYUDANTE ESPECIALIZADO JOR 9.85 297.24 2,928.41 0.96% OFICIAL PINTOR JOR 16.37 441.59 7,228.14 2.36% OFICIAL HERRERO JOR 9.46 515.19 4,871.69 1.59% OFICIAL YESERO JOR 1.40 428.81 600.33 0.20% OFICIAL COLOCADOR JOR 3.95 210.00 829.88 0.27% OFICIAL CARPINTERO DE O. BLANCA JOR 8.63 499.62 4,310.72 1.41% CABO DE OFICIOS JOR 7.26 220.00 1,597.02 0.52% TOPOGRAFO JOR 0.77 580.67 444.21 0.15% PEON (CONSTRUCCION) JOR 150.47 180.01 27,086.13 8.85% OFICIAL ALBAÑIL (CONSTRUCCION) JOR 135.70 210.00 28,496.63 9.31% MANDO INTERMEDIO (CONSTRUCCION) JOR 13.94 260.00 3,624.17 1.18% Total MANO DE OBRA EQUIPO Y HERRAMIENTA 186 98764.31 UAEMéx- Ingeniería Civil Concepto HERRAMIENTA MENOR Unidad % ANDAMIOS Cantidad Precio $ % Importe $ 2,613.04 % Incidencia 0.85% 1,002.46 0.33% BAILARINA DE 4.5 HP HOR 8.00 48.63 389.04 0.13% CAMION DE VOLTEO DE 7 M3 HOR 4.56 303.69 1,385.74 0.45% TRACTOR DE ORUGAS CAT D6R 165 HP, 18000 KG HOR 0.79 637.76 503.67 0.16% MOTONIVELADORA CAT. 120 H DE 140 HP HOR 0.53 581.95 306.40 0.10% PLANTA DE SOLDAR MILLER HOR 37.81 5.72 216.29 0.07% REVOLVEDORA P/CONCRETO DE 1 SACO 8 DE HP HOR 21.83 59.02 1,288.68 0.42% EQUIPO DE TOPOGRAFIA HOR 6.12 6.70 41.00 0.01% CARGADOR SOBRE LLANTAS CAT 920 HOR 0.23 388.05 88.53 0.03% Total EQUIPO Y HERRAMIENTA Concepto MEZCLA CAL-CEMENTO B.-POLVO DE MARMOL 7834.85 Unidad BASICOS M3 CIMBRA COMUN M2 Cantidad Precio $ Importe $ % Incidencia 0.34 1,904.23 639.82 0.21% 47.51 27.00 1,282.64 0.42% Total BASICOS 1922.46 CONCEPTO IMPORTE % MATERIALES 197502.72 64.54% MANO DE OBRA 98764.31 32.27% 02.56% EQUIPO 7834.85 BASICOS 1922.46 00.63% TOTAL 306024.34 100.00% Presupuesto para la construcción de la casa habitación a base de muros de tabicón MATERIALES Concepto Unidad KG Cantidad 113.30 Precio $ 18.00 Importe $ 2,039.33 % Incidencia 0.69% MEZCLADORA DE 4" C/MANERALES P/LAV PZA 2.00 191.69 383.38 0.13% LLAVE FREG C/NIPLE EXT Y CH FIG.5-C PZA 4.00 145.00 580.00 0.20% REGADERA CHUMA DICA 3001-B URREA PZA 2.00 102.91 205.82 0.07% MANGUERA FREGA. 13X13X55 FIG-25-M PZA 4.00 15.42 61.68 0.02% LT 13.00 24.96 324.48 0.11% ALAMBRON KG 561.13 12.00 6,733.51 2.28% LAVABO AZUL REY COMERCIAL CAPIZZI PZA 2.00 210.00 420.00 0.14% JGO.ACC. 6 PZAS. DURAZNO JGO 2.00 152.38 304.76 0.10% VARILLA DE 3/8" KG 2,200.08 8.50 18,700.69 6.33% CALENTADOR CINSA SEMI 40 LT C/E PZA 2.13 921.39 1,964.53 0.67% TINACO ROTOPLAS 600 LTS. C/TAPA PZA 2.00 943.60 1,887.20 0.64% CESPOL 1 SALIDA 40MM REXOLIT PZA 2.00 39.68 79.36 0.03% CESPOL FREGADERO REXOLIT PZA 2.00 39.42 78.84 0.03% FREGADERO P/EMPOT.950.510 1C 1E D PZA 2.00 611.15 1,222.30 0.41% ALAMBRE RECOCIDO PEGAMENTO 1190 9.5 MM 187 UAEMéx- Ingeniería Civil JUNTA PROHEL GRANDE PULKESA PZA 2.00 6.15 12.30 0.00% ACRILTECHO BLANCO ROLL 3.65 1,540.62 5,617.87 1.90% SIKA MALLA ROLL 0.80 1,228.85 985.82 0.33% SOLDADURA ELECTRODO 6013 DE 1/8" KG 6.00 22.88 137.28 0.05% MICROSEAL No. 2F CUB 1.24 348.68 431.00 0.15% CERRADURA SCOVILL PZA 12.00 47.00 564.00 0.19% ANGULO DE FIERRO DE 1/8" X 1" KG 18.85 11.64 219.41 0.07% AGUA ( MANEJO) M3 52.90 15.58 824.11 0.28% DOMO SIN VENTILA DE 0.90 M. DE DIAM. PZA 1.00 1,453.82 1,453.82 0.49% ARENA M3 76.83 120.00 9,219.09 3.12% BARROTE DE PINO DE 3a DE 1.5"x3.5"x8.25'' PZA 34.57 30.45 1,052.72 0.36% BISAGRA PZA 36.00 7.70 277.20 0.09% CALHIDRA TON 0.47 739.13 346.05 0.12% CEMENTO GRIS TON 31.19 1,850.00 57,692.51 19.53% CRISTAL CLARO DE 4 MM AL CORTE M2 17.88 202.55 3,621.59 1.23% CLAVOS DE 2 A 4 " KG 87.26 21.00 1,832.52 0.62% CLAVOS SIN CABEZA KG 4.16 23.98 99.71 0.03% TORNILLO PARA MADERA 10x38 CJ. 144 CAJ 0.05 65.35 2.94 0.00% TAQUETE DE FIBRA DE 12x38 CJ. 100 CAJ 0.06 14.72 0.88 0.00% PINTURA VINILICA PRO-1000 PLUS 300, BCO. LT 137.50 30.89 4,247.38 1.44% PINTURA DE ESMALTE COMEX 100 BCO. Y COLS. REG. LT 13.04 50.75 661.94 0.22% SELLADOR VINILICO 5x1 CLASICO LT 55.00 23.13 1,272.15 0.43% DIESEL LTO 103.96 6.50 675.76 0.23% DUELA DE PINO DE 3a DE 3/4"x3.5"x8.25'' PZA 313.29 18.00 5,639.15 1.91% LT 6.95 55.50 385.85 0.13% GRAVA M3 28.28 120.00 3,393.78 1.15% LADRILLO TIPO TABICÓN MIL 2.04 1,800.00 3,675.67 1.24% RESISTOL 850 DE 1 LT LIGA TIROL LT 14.00 17.18 240.52 0.08% PZA 37.22 3.60 133.99 0.05% LOSETA VINILICA H.P. DE 1.3 MM M2 53.56 32.61 1,746.59 0.59% HILO CAÑAMO PZA 0.15 14.30 2.19 0.00% PIJA Y TAQUETE DE PLOMO JGO 4.00 5.70 22.80 0.01% MARCO Y CONTRAMARCO COMERCIAL PZA 2.00 68.27 136.54 0.05% LIJA TUBO DE CONCRETO SIMPLE DE 15 CM. DE DIA M 28.00 27.83 779.24 0.26% MICROPRIMER 19L 0.18 338.25 59.62 0.02% W.C. ECONOMICO MARCA LAMOSA EN COLOR BLA PZA 2.00 690.06 1,380.12 0.47% PERFIL TUBULAR PROLAMSA 121 CAL. 18 DE 6.00 M. PZA 16.35 158.40 2,590.30 0.88% PERFIL PROLAMSA 154 CAL. 18 PZA 16.35 37.52 613.56 0.21% PEGAZULEJO KG 4.00 3.34 13.36 0.00% PIEDRA BRAZA M3 30.52 105.00 3,205.02 1.09% PIJA PZA 280.00 0.39 109.20 0.04% MADERA DE PINO DE 1a PT 42.47 21.03 893.24 0.30% POLIETILENO 800 (ROLLO DE 0.40x100 M) 100M 0.29 708.54 208.13 0.07% POLIN DE PINO DE 3a DE 3.5"x3."x8.25'' PZA 53.24 50.40 2,683.40 0.91% 188 UAEMéx- Ingeniería Civil TABIQUE TIPO TABICÓN MIL TEZONTLE 20 MM THINNER STANDARD TRIPLAY DE PINO DE 6 MM 0.76 1,800.00 1,371.60 0.46% M3 8.02 180.00 1,444.01 0.49% LT 23.70 7.82 185.34 0.06% PZA 24.00 189.00 4,536.00 1.54% Total MATERIALES $ 161,683.15 MANO DE OBRA Concepto CUADRILLA No 1 (1 AZULEJERO + AYUD.) Unidad Cantidad JOR 0.67 Precio $ 773.42 Importe $ 515.61 % Incidencia 0.17% CUADRILLA No 2 (1 PLOMERO+ 1 AY.ESP.) JOR 3.03 855.40 2,587.59 0.88% PEON JOR 24.39 251.11 6,123.74 2.07% AYUDANTE GENERAL JOR 39.58 190.01 7,520.04 2.55% AYUDANTE ESPECIALIZADO JOR 9.85 297.24 2,928.41 0.99% OFICIAL PINTOR JOR 16.37 441.59 7,228.14 2.45% OFICIAL HERRERO JOR 9.46 515.19 4,871.69 1.65% OFICIAL YESERO JOR 1.40 428.81 600.33 0.20% OFICIAL COLOCADOR JOR 3.95 210.00 829.88 0.28% OFICIAL CARPINTERO DE O. BLANCA JOR 8.63 499.62 4,310.72 1.46% CABO DE OFICIOS JOR 7.26 220.00 1,597.02 0.54% TOPOGRAFO JOR 0.77 580.67 444.21 0.15% PEON (CONSTRUCCION) JOR 147.24 180.01 26,505.51 8.97% OFICIAL ALBAÑIL (CONSTRUCCION) JOR 132.47 210.00 27,819.28 9.42% MANDO INTERMEDIO (CONSTRUCCION) JOR 13.62 260.00 3,540.31 1.20% Total MANO DE OBRA $ 97,422.48 EQUIPO Y HERRAMIENTA Concepto Unidad Cantidad HERRAMIENTA MENOR % ANDAMIOS % Precio $ 2,614.08 % Incidencia 0.89% Importe $ 935.89 0.32% BAILARINA DE 4.5 HP HOR 8.00 48.63 389.04 0.13% CAMION DE VOLTEO DE 7 M3 HOR 4.56 303.69 1,385.74 0.47% TRACTOR DE ORUGAS CAT D6R 165 HP, 18000 KG HOR 0.79 637.76 503.67 0.17% MOTONIVELADORA CAT. 120 H DE 140 HP HOR 0.53 581.95 306.40 0.10% PLANTA DE SOLDAR MILLER HOR 37.81 5.72 216.29 0.07% REVOLVEDORA P/CONCRETO DE 1 SACO 8 DE HP HOR 21.83 59.02 1,288.68 0.44% EQUIPO DE TOPOGRAFIA HOR 6.12 6.70 41.00 0.01% CARGADOR SOBRE LLANTAS CAT 920 HOR 0.23 388.05 88.53 0.03% Total EQUIPO Y HERRAMIENTA $ Concepto MEZCLA CAL-CEMENTO MARMOL CIMBRA COMUN Unidad B.-POLVO DE Cantidad BASICOS M3 0.34 M2 47.51 7,769.32 Precio $ Importe $ % Incidencia 1,904.23 639.82 0.22% 27.00 1,282.64 0.43% 189 UAEMéx- Ingeniería Civil TABICON O TABICÓN MIL 13.27 2,000.00 26,532.37 8.98% $ 28,454.83 Total BASICOS IMPORTE CONCEPTO % MATERIALES $ 161,683.15 54.75% MANO DE OBRA $ 97,422.48 32.99% $ 02.63% EQUIPO 7,769.32 BASICOS $ 28,454.83 09.63% TOTAL $ 295,329.78 100.00% Presupuesto para la construcción de la casa habitación a base de muros de Piezas cerámicas MATERIALES Concepto ALAMBRE RECOCIDO Unidad Cantidad KG 114.33 Precio $ 18.00 Importe $ 2,058.00 % Incidencia 0.62% MEZCLADORA DE 4" C/MANERALES P/LAV PZA 2.00 191.69 383.38 0.12% LLAVE FREG C/NIPLE EXT Y CH FIG.5-C PZA 4.00 145.00 580.00 0.18% REGADERA CHUMA DICA 3001-B URREA PZA 2.00 102.91 205.82 0.06% MANGUERA FREGA. 13X13X55 FIG-25-M PZA 4.00 15.42 61.68 0.02% PEGAMENTO 1190 LT 13.00 24.96 324.48 0.10% ESCALERILLA 12-2 DE 6.00 M. M 331.89 3.71 1,231.30 0.37% ALAMBRE RECOCIDO CAL. 16, (1.59 mm ), DE 0.016 KG/M KG 3.10 15.00 46.53 0.01% ALAMBRON KG 524.45 12.00 6,293.35 1.90% LAVABO AZUL REY COMERCIAL CAPIZZI PZA 2.00 210.00 420.00 0.13% JGO.ACC. 6 PZAS. DURAZNO JGO 2.00 152.38 304.76 0.09% VARILLA DE 3/8" 9.5 MM KG 2,180.63 8.50 18,535.33 5.61% CALENTADOR CINSA SEMI 40 LT C/E PZA 2.13 921.39 1,964.53 0.59% TINACO ROTOPLAS 600 LTS. C/TAPA PZA 2.00 943.60 1,887.20 0.57% CESPOL 1 SALIDA 40MM REXOLIT PZA 2.00 39.68 79.36 0.02% CESPOL FREGADERO REXOLIT PZA 2.00 39.42 78.84 0.02% FREGADERO P/EMPOT.950.510 1C 1E D PZA 2.00 611.15 1,222.30 0.37% JUNTA PROHEL GRANDE PULKESA PZA 2.00 6.15 12.30 0.00% 18.86L 3.65 1,540.62 5,617.87 1.70% ACRILTECHO BLANCO SIKA MALLA ROLL 0.80 1,228.85 985.82 0.30% SOLDADURA ELECTRODO 6013 DE 1/8" KG 6.00 22.88 137.28 0.04% MICROSEAL No. 2F CUB 1.24 348.68 431.00 0.13% CERRADURA SCOVILL PZA 12.00 47.00 564.00 0.17% ANGULO DE FIERRO DE 1/8" X 1" KG 18.85 11.64 219.41 0.07% AGUA ( MANEJO) M3 52.68 15.58 820.69 0.25% DOMO SIN VENTILA DE 0.90 M. DE DIAM. PZA 1.00 1,453.82 1,453.82 0.44% ARENA M3 76.67 120.00 9,200.08 2.78% BARROTE DE PINO DE 3a DE 1.5"x3.5"x8.25'' PZA 34.57 30.45 1,052.72 0.32% BISAGRA PZA 36.00 7.70 277.20 0.08% 190 UAEMéx- Ingeniería Civil TABICÓN DE 12CM DE ESPESOR MIL CALHIDRA TON 0.47 739.13 346.05 0.10% CEMENTO GRIS TON 30.80 1,850.00 56,987.51 17.25% CRISTAL CLARO DE 4 MM AL CORTE M2 17.88 202.55 3,621.59 1.10% CLAVOS DE 2 A 4 " KG 71.43 21.00 1,499.99 0.45% CLAVOS SIN CABEZA KG 4.16 23.98 99.71 0.03% TORNILLO PARA MADERA 10x38 CJ. 144 CAJ 0.05 65.35 2.94 0.00% TAQUETE DE FIBRA DE 12x38 CJ. 100 CAJ 0.06 14.72 0.88 0.00% PINTURA VINILICA PRO-1000 PLUS 300, BCO. LT 137.50 30.89 4,247.38 1.29% PINTURA DE ESMALTE COMEX 100 BCO. Y COLS. REG. LT 13.04 50.75 661.94 0.20% SELLADOR VINILICO 5x1 CLASICO 21.09 2,650.00 55,893.54 16.92% LT 55.00 23.13 1,272.15 0.39% DIESEL LTO 103.96 6.50 675.76 0.20% DUELA DE PINO DE 3a DE 3/4"x3.5"x8.25'' PZA 313.29 18.00 5,639.15 1.71% RESISTOL 850 DE 1 LT LT 6.95 55.50 385.85 0.12% GRAVA M3 27.18 120.00 3,261.15 0.99% LADRILLO TIPO PIEZAS CERÁMICAS MIL 2.04 1,800.00 3,675.67 1.11% LT 14.00 17.18 240.52 0.07% PZA 37.22 3.60 133.99 0.04% LOSETA VINILICA H.P. DE 1.3 MM M2 53.56 32.61 1,746.59 0.53% HILO CAÑAMO PZA 0.15 14.30 2.19 0.00% PIJA Y TAQUETE DE PLOMO JGO 4.00 5.70 22.80 0.01% MARCO Y CONTRAMARCO COMERCIAL LIGA TIROL LIJA PZA 2.00 68.27 136.54 0.04% TUBO DE CONCRETO SIMPLE DE 15 CM. DE DIA M 28.00 27.83 779.24 0.24% MICROPRIMER 19L 0.18 338.25 59.62 0.02% W.C. ECONOMICO MARCA LAMOSA EN COLOR BLA PZA 2.00 690.06 1,380.12 0.42% PERFIL TUBULAR PROLAMSA 121 CAL. 18 DE 6.00 M. PZA 16.35 158.40 2,590.30 0.78% PERFIL PROLAMSA 154 CAL. 18 PZA 16.35 37.52 613.56 0.19% PEGAZULEJO KG 4.00 3.34 13.36 0.00% PIEDRA BRAZA M3 30.52 105.00 3,205.02 0.97% PIJA PZA 280.00 0.39 109.20 0.03% MADERA DE PINO DE 1a PT 42.47 21.03 893.24 0.27% 100M 0.29 708.54 208.13 0.06% POLIN DE PINO DE 3a DE 3.5"x3."x8.25'' PZA 53.24 50.40 2,683.40 0.81% LADRILLO TIPO PIEZAS CERÁMICAS MIL 0.76 1,800.00 1,371.60 0.42% TEZONTLE 20 MM M3 8.02 180.00 1,444.01 0.44% LT 23.70 7.82 185.34 0.06% PZA 24.00 189.00 4,536.00 1.37% POLIETILENO 800 (ROLLO DE 0.40x100 M) THINNER STANDARD TRIPLAY DE PINO DE 6 MM Total MATERIALES 217075.08 MANO DE OBRA Concepto CUADRILLA No 1 (1 AZULEJERO + AYUD.) Unidad Cantidad JOR 0.67 Precio $ Importe $ 773.42 515.61 % Incidencia 0.16% 191 UAEMéx- Ingeniería Civil CUADRILLA No 2 (1 PLOMERO+ 1 AY.ESP.) JOR 3.03 855.40 2,587.59 0.78% PEON JOR 24.39 251.11 6,123.74 1.85% AYUDANTE GENERAL JOR 40.73 190.01 7,738.32 2.34% AYUDANTE ESPECIALIZADO JOR 9.85 297.24 2,928.41 0.89% OFICIAL FIERRERO JOR 1.15 466.13 535.49 0.16% OFICIAL PINTOR JOR 16.37 441.59 7,228.14 2.19% OFICIAL HERRERO JOR 9.46 515.19 4,871.69 1.47% OFICIAL YESERO JOR 1.40 428.81 600.33 0.18% OFICIAL COLOCADOR JOR 3.95 210.00 829.88 0.25% OFICIAL CARPINTERO DE O. BLANCA JOR 8.63 499.62 4,310.72 1.30% CABO DE OFICIOS JOR 7.37 220.00 1,622.29 0.49% TOPOGRAFO JOR 0.77 580.67 444.21 0.13% PEON (CONSTRUCCION) JOR 161.37 180.01 29,048.69 8.79% OFICIAL ALBAÑIL (CONSTRUCCION) JOR 147.17 210.00 30,906.55 9.35% MANDO INTERMEDIO (CONSTRUCCION) JOR 15.07 260.00 3,918.82 1.19% Total MANO DE OBRA 104210.48 EQUIPO Y HERRAMIENTA Concepto Unidad Cantidad HERRAMIENTA MENOR % ANDAMIOS % Precio $ 3,075.57 % Incidencia 0.93% Importe $ 1,222.35 0.37% BAILARINA DE 4.5 HP HOR 8.00 48.63 389.04 0.12% CAMION DE VOLTEO DE 7 M3 HOR 4.56 303.69 1,385.74 0.42% TRACTOR DE ORUGAS CAT D6R 165 HP, 18000 KG HOR 0.79 637.76 503.67 0.15% MOTONIVELADORA CAT. 120 H DE 140 HP HOR 0.53 581.95 306.40 0.09% PLANTA DE SOLDAR MILLER HOR 37.81 5.72 216.29 0.07% REVOLVEDORA P/CONCRETO DE 1 SACO 8 DE HP HOR 20.97 59.02 1,237.72 0.37% EQUIPO DE TOPOGRAFIA HOR 6.12 6.70 41.00 0.01% CARGADOR SOBRE LLANTAS CAT 920 HOR 0.23 388.05 88.53 0.03% Total EQUIPO Y HERRAMIENTA Concepto MEZCLA CAL-CEMENTO B.-POLVO DE MARMOL 8466.31 Unidad Cantidad BASICOS M3 0.33 Precio $ 1,904.23 Total BASICOS CONCEPTO 192 Importe $ 639.82 639.82 IMPORTE % Incidencia 0.19% % MATERIALES MANO DE OBRA 217,075.08 65.70% 104,210.48 31.54% 02.56% EQUIPO 8,466.31 BASICOS 639.82 00.19% TOTAL 330,391.69 100.00% UAEMéx- Ingeniería Civil En la figura C.1 se puede apreciar el impacto de los diferentes conceptos en el costo de la obra, es importante destacar como se menciono anteriormente sólo se aplican en este trabajo costos directos, en la gráfica se aprecia que el mayor impacto lo tienen los materiales como era de esperarse. Figura C.1. Impacto de los conceptos en el costo de la obra 193 UAEMéx- Ingeniería Civil ANEXO D Características medioambientales y riesgos en la salud por los materiales de construcción en edificaciones El impacto de la construcción de un edificio en el medio ambiente se produce desde la fabricación de los materiales hasta la gestión de los residuos generados por su demolición, pasando por la fase de construcción y de utilización del edificio. El proceso de selección de los materiales es una de las fases en que es más sencillo incidir, económica y técnicamente, en la reducción del impacto medioambiental. A grandes rasgos, los tipos de impacto en los que podemos incidir al elegir los materiales pueden agruparse en dos bloques: Las Emisiones Las emisiones generadas por los edificios pueden afectar a la atmósfera, lo que se traduce en un impacto local o global. Desde este punto de vista, deben priorizarse todas las soluciones que ayuden a reducir la emisión de los gases causantes del efecto invernadero. Las emisiones también pueden deteriorar el ambiente interior de los edificios y perjudicar la salud de sus ocupantes. Deben evitarse los materiales que emitan compuestos orgánicos volátiles, formaldehidos, radiaciones electromagnéticas o gases tóxicos o de difícil combustión. En cuanto al ruido, se recomienda utilizar aparatos con niveles bajos de emisión de ruidos. Los Residuos El hecho de que un material se pueda reciclar al término de su vida útil, o que contenga otros materiales reciclables, es un aspecto que debe tenerse en cuenta. Los residuos del reciclaje directo son aquéllos que no requieren ninguna transformación para volver a ser utilizados (por ejemplo, los sanitarios procedentes de una demolición). Los residuos del reciclaje secundario son aquéllos que, tras algún tipo de transformación, se convierten en otros productos (por ejemplo, los agregados de concretos reciclados). Deben rechazarse los materiales que se convierten en residuos tóxicos o peligrosos al final de su vida útil. Un ejemplo de estos materiales son los elementos órgano cloratos y los materiales pesados como el cadmio, el plomo, el mercurio o el arsénico. Es importante para el presenta trabajo de tesis conocer las emisiones contaminantes de cada etapa en la fase de construcción, esto con el fin de integrarlo dentro del proceso de cálculo de cargas energéticas por medio del programa Sima Pro. Generación de residuos debidos al proceso de Construcción Un tipo de impacto ambiental importante que se presenta en las viviendas, es la generación de residuos, que se obtienen en cada una de las fases de construcción: extracción, fabricación, construcción propiamente dicha, al habitar la vivienda, en el mantenimiento (reparación) o ampliación 194 UAEMéx- Ingeniería Civil de la misma y finalmente en su demolición. En la tabla D.1 se muestran algunos tipos de residuos generados: Tabla D.1.Residuos generados en el proceso de construcción durante diversas etapas. Tipo de Residuos Proceso de fabricación Fase de construcción Fase de utilización Fase de derribo del edificio Emisiones a la atmósfera Efluentes líquidos HCFC, CO2, NOx, SO2 Prod. químicos, en función del proceso Lechadas de cemento Restos del proceso Polvo, ruido, amianto, CO2 Lechadas de cemento CO2, NOx, SO2 Aguas residuales Polvo, ruido, amianto, CO2 Vaciado de depósitos Res. Domésticos Obra de fábrica Concreto Madera Residuos sólidos Embalajes Restos del proceso Mermas Subproductos Encofrados del proceso Res. de construcción remodelaciones Fuente: http://apabcn.es/sustentable/castellano/conceptos Acero... Desechos Generados del Uso de Diversos Materiales en Diferentes Etapas Constructivas A continuación se muestra en la tabla D.2, el nombre de la etapa de la construcción, el nombre del material de construcción y algunas de las sustancias tóxicas que se generan en el proceso de extracción, la fabricación de los materiales, o que pueden estar presentes al habitar la vivienda. Tabla D.2. Sustancias toxicas que se generan por el uso de diferentes materiales. ETAPAS MATERIALES UTILIZADOS SUSTANCIAS TÓXICAS* ACABADOS DE MADERA Muebles: Pinturas y protección para la madera. Ventanas: madera. Puertas: madera contraplacada Pintura: plomo, cadmio, zinc, mercurio, bario. Preservantes: pentaclorofenol, cromo III, arsénico, mercurio. Barnices: benceno, bifeniles policlorados. Pinturas, conservadores, fungicidas, barnices, tintes, pintura de látex, barnices para muebles. MOMENTO DE MAYOR TOXICIDAD Transformació n de la madera, elaboración de muebles(astilla s) 195 UAEMéx- Ingeniería Civil PAREDES Tabique s, cemento, pintura, Masillas, revestimientos impermeabiliza ntes. ACABADOS DE METAL Rejas, barandas, Pintura: escaleras de plastificantes. caracol. Removedores pintura. Revestimientos masillas selladoras. Pinturas látex (base acuosa) Pisos vinílicos, Vinilo - asbesto. Parquet, Hidrocarburos, Baldosas barniz Polímero, vinílicas solvente, fibras. PISOS Acero, Fierro galvanizado, Pinturas anticorrosivas: pigmentos Plastificantes: Bifenilos policlorados. Remov.: Cloruro de metileno, tricloroetileno. Masillas: Bifenilos policlorados, Benceno, bifenilos policlorados. Manganeso, cadmio, níquel, zinc. Cadmio. de Pigmentos: Cromo, zinc, bario.[37] Empleo y eliminación. PVC, fibras de asbesto. Alquitrán, brea, formaldehído. PVC, formaldehído, fibras de asbesto. Cemento y fibras de asbesto. Formaldehído. Cemento y fibras de asbesto. Acero: Manganeso, cadmio, níquel, zinc. Cemento: sílice, cromo. Concretoligero: cemento(polvo). Fierro galvanizado: zinc. Acero: Manganeso, cadmio, níquel, zinc. Cemento: sílice, cromo. Concreto ligero: cemento (polvo). Fierro galvanizado: zinc. Material particulado: polvo Fabricación. Puesta en obra. TECHOS Planchas onduladas, planas, Tejas. Fibrocemento Placas de yeso Fibrocemento CIMENTACIÓ N Estructuras, varillas, planchas. Acero, cemento, concretoligero, fierro galvanizado. ARQUITECTU RA Tabique cemento. INSTALACION ES SANITARIAS INSTALACION ES ELÉCTRICAS Tuberías, tanques de agua aparatos sanitarios, cañerías. 196 Cables eléctricos. Enchufes, s, Acero, cemento, concreto ligero, fierro galvanizado. Tuberías: Cobre, Cobre. plomo, PVC, Cloruro fibrocemento. ftalatos de Fabricación, soldaduras, mantenimient o. Fabricación. Puesta en obra. Mantenimient o. Fabricación, reparación. Extracción. Fabricación, reparación. Extracción. Fabricación. Fabricación, reparación. Extracción, Fabricación Revest.: Fabricación del vinilo, PVC. plomo, UAEMéx- Ingeniería Civil interruptores. REPELLADO METÁLICA CIMBRADO Tanques de agua: cadmio. asbesto-cemento PVC. Cemento, agua, polvos Polvos: sílice, cal. arena gruesa. Soldaduras Vapores, Metales: níquel, (pinturas, emanaciones y cadmio, cromo, fundentes, gases manganeso, zinc, desengrasantes) desprendidos. plomo. cañerías. Pinturas para PVC. recubrimientos. Madera Tableros Aglomerados, prensada,(transf aglomerados, contrachapados: ormación de la tableros formaldehido, madera) contrachapados asbesto. (colas, adhesivos, Tintes: benceno, barnices, pinturas plomo, mercurio. sintéticas, etc.). Barniz: benceno, solventes. Pintura: plomo, cadmio, zinc, mercurio, bario. Extracción, residuos. Elaboración de tuberías Fabricación de la madera aglomerada o contrachapada . Puesta obra. en Fuente: http://apabcn.es/sustentable/castellano/conceptos Para situar en su contexto, la respuesta de la industria de la construcción, la sustentabilidad debe incluir, al menos, el uso racional de los recursos y la eficiencia energética, la consideración de los impactos ambientales, la minimización de los residuos, y la creación de ambientes saludables y cómodos. 197 UAEMéx- Ingeniería Civil ANEXO E Planos Estructurales NOTAS UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE MEXICO 1. EL NIVEL DE DESPLANTE SE HARA HASTA ENCONTRAR TERRENO FIRME. 2. DEBERA COLOCARSE UNA PLANTILLA DE CONCRETO SIMPLE DE 5 cm DE ESPESOR COMO BASE EN CADA UNA DE LAS ZAPATAS. 3. LA SEPARACION DEL REFUERZO TRANSVERSAL EN CASTILLOS Y DALAS, SERA DE 20 CM. Z2 Z2 4. EL ESPESOR DE LA LOSA PLANA DE AZOTEA, LA DE ENTREPISO Y LA DE TERRAZA ES DE 10 CM. PARA LAS LOSAS INCLINADAS DE AZOTEA SU ESPESOR ES DE 8 cm. 5. TODAS LAS MEDIDAS ESTAN DADAS EN MILIMETROS, SALVO DONDE SE INDIQUE OTRA UNIDAD DE MEDIDA Z2 FACULTAD DE INGENIRÍA Z2 Z2 Z1 Z2 Z2 Z1 6. EL TAMAÑO MAXIMO DEL AGREGADO SERA DE 2 cm., O BIEN 3/4 DE PLG. Z2 7. EL AGUA DE MEZCLADO DEBERA SER LIMPIA Y NO DEBERA CONTENER SUSTANCIAS EN SOLUCION QUE LA ENTURBIEN O LE PRODUZCAN OLOR O SABOR FUERA DE LO COMUN. Z1 Z1 Z1 8. EL CONCRETO DEBERA MANTENERSE EN UN AMBIENTE HUMEDO (CURADO) POR LO MENOS DURANTE 7 DIAS SI SE USO CEMENTO NORMAL Y 3 DIAS SI SE EMPLEO CEMENTO DE RESISTENCIA RAPIDA. Z1 Z1 Z1 Z2 Z2 Z2 9. EL RECUBRIMIENTO LIBRE DE TODA VARILLA SERA DE 2 cm EN CASTILLOS Y DALAS Y DE 4 cm EN LA CIMENTACION. Z2 Z1 10. EN NINGUNA SECCION SE DEBERA INTERRUMPIR MAS DE LA TERCERA PARTE DEL ARMADO, NI TAMPOCO SE DEBERA TRASLAPAR MAS DEL 50% DEL MISMO. Z1 Z1 Z1 Z1 ESPECIFICACIONES Z1 SIMBOLOGIA 11. LA ESCALA ES LA INDICADA EN CADA PLANTA, SOLO LOS DETALLES NO TIENEN ESCALA Z1 Z1 DALA Z1 12. LAS ESPECIFICACIONES DE DISEÑO SON LAS DEL RCDF. Z1 Z1 Z1 Z1 Z2 Z2 Z1 Z2 Z2 14. EL COLADO DE LAS LOSAS DE AZOTEA DEBE REALIZARSE EN FORMA ASCENDENTE, DE ACUERDO A SU ALTURA. Z1 Z1 Z2 Z2 Z1 Z1 Z1 TABLA DE LONGITUD DE ANCLAJE CAL DIAMETRO Z2 Z1 Z2 Z2 Z1 CASTILLO 13. EL ARMADO DE LOS CASTILLOS PARA LA PLANTA ALTA ( CONTINUOS O NO CONTINUOS DESDE LA PLANTA BAJA), DEBERA DEJARSE PREPARADO ANTES DEL COLADO DE LA LOSA DE ENTREPISO. Z2 Z1 15. LOS MUROS SERAN DE TABIQUE ROJO RECOCIDO DE UN ESPESOR DE 12 CM. La Lg 3 3/8" 40 cm 20 cm 4 4/8" 50 cm 25 cm 16. LOS ACABADOS DE LOS MUROS SERAN DE APLANADO DE UN LADO Y DEL OTRO DE YESO. La Z2 Lg Z1 Z1 ESPECIFICACIONES Z2 f'c = 200 kg/cm² fy = 4200 kg/cm² ACERO ESTRUCTURAL fy = 2530 kg/cm² ACERO DE REFUERZO TRANSVERSAL 198 0.20 UAEMéx- Ingeniería Civil UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL ESTADO DE MEXICO DALA D1 0.15 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 C1 0.25 C1 1M 0.15 BASTONES #3 @40cm L /5 L /5 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L/5 17 CM L/5 BASTONES #3 @40cm L/5 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L /5 DETALLE DE ESCALERA ESPECIFICACIONES VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 BASTONES #3 @40cm L /5 BASTONES #3 @40cm L /5 SIMBOLOGIA L/5 BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm L/5 L /5 C1 C1 DALA CASTILLO BASTONES #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm Acabado de Yeso VAR #3 @40cm C1 C1 C1 C1 C1 LOSA DE AZOTEA TABLA DE LONGITUD DE ANCLAJE CAL DIAMETRO MISMO ESPESOR DEL MURO DETALLE DE MURO LOSA DE ENTREPISO LOSA DE AZOTEA 199 La Lg 3 3/8" 40 cm 20 cm 4 4/8" 50 cm 25 cm La ESPECIFICACIONES 0.25 LOSA DE ENTREPISO BASTONES #3 @40cm L /5 Lg C1 C1 BASTONES #3 @40cm L/5 BASTONES #3 @40cm L/5 L/5 BASTONES #3 @40cm C1 C1 Altura de Muro = 2.20m C1 BASTONES #3 @40cm L/5 L/5 BASTONES #3 @40cm L/5 BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm L /5 L /5 L /5 VAR #3 @40cm C1 28 CM BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm C1 C1 VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm L /5 FACULTAD DE INGENIRÍA C1 VAR #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 BASTONES #3 @40cm L /5 BASTONES #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm C1 C1 BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 VAR #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm C1 C1 C1 C1 C1 VAR #3 @40cm BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 L /5 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm C1 BASTONES #3 @40cm L /5 VAR #3 @40cm C1 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L /5 L /5 C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm L /5 C1 BASTONES #3 @40cm C1 C1BASTONES #3 @40cm BASTONES #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 VAR #3 @40cm C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 VAR #3 @40cm VAR #3 @40cm C1 C1 C1 BASTONES #3 @40cm L /5 C1 C1 BASTONES #3 @40cm C1 L/5 BASTONES #3 @40cm CASTILLO C1 f'c = 200 kg/cm² fy = 4200 kg/cm² ACERO ESTRUCTURAL fy = 2530 kg/cm² ACERO DE REFUERZO TRANSVERSAL UAEMéx- Ingeniería Civil ANEXO F Problemática de la industria cementera y los principales contaminantes en la industria de la construcción Los dos consorcios cementeros más grandes de México—Cementos de México (CEMEX) y Cementos Apasco—encabezan el uso de residuos tóxicos en los hornos de cemento. CEMEX tiene actualmente autorización o permisos para realizar quemas de prueba para quemar esos residuos en 11 de sus 18 plantas cementeras, mientras que Cementos Apasco—propiedad de la transnacional suiza Holderbank—está quemando desperdicios en cada una de sus seis plantas. Además, Cementos de Chihuahua, Cementos Portland Moctezuma y Cruz Azul también han recibido permiso del gobierno para quemar residuos tóxicos en por lo menos una de sus plantas. Los residuos tóxicos cuya quema ha sido autorizada son principalmente líquidos (como aceites usados, grasas, solventes, pinturas y thiner), pero también incluyen algunos sólidos (por ejemplo, convertidores catalíticos, hule duro, llantas y plásticos) y productos contaminados (como sedimentos industriales, suelos, papel, trapos, mascarillas protectoras y productos de carbón activado). El grueso de estos desperdicios es producido por las industrias que fabrican automóviles, componentes electrónicos o químicos, o por las refinerías.11 La alternativa a la quema de residuos tóxicos en hornos de cemento es continuar usando combustibles de petróleo o, mejor aún, gas natural, que es el combustible más limpio para la producción de cemento. México cuenta con reservas enormes de gas natural, pero a este combustible no se le ha aprovechado lo suficiente. Sin embargo, los cambios recientes en las leyes mexicanas, que permiten la competencia comercial en la distribución y el transporte del gas natural, junto con una baja en los precios mundiales del gas, deben incrementar su disponibilidad. A continuación se expone en la tabla F. 1 los principales elementos contaminantes que se encuentran en los edificios, sus efectos y las posibles soluciones. MATERIAL/ SUSTANCIA Aglomerado hardboard Tabla F.1. Contaminantes implícitos en las edificaciones. PROBLEMA RECOMENDACIÓN madera, Emanaciones de formaldehído Evitar principalmente los de las resinas ureicas y fenólicas productos a base de formaldehído ureico. Es preferible el contrachapado. Aislamiento de espuma plástica Emanaciones de componentes Evitar su uso. Buscar sustitutos (poliuretano o PVC) orgánicos volátiles. Humo muy como la viruta de madera o el tóxico al inflamarse. corcho aglomerado. Aislamiento de fibra de vidrio El polvo de lana de vidrio es un Sellar, evitando el contacto de la 11 de americas.irc-online.org/borderlines/.../bl36exp.html 200 UAEMéx- Ingeniería Civil carcinógeno, la resina plástica ligante contiene fenol formaldehído. Alfombras sintéticas Acumulan polvo, hongos y producen emanaciones de componentes volátiles. Los adhesivos aplicados también emiten gases nocivos. Se cargan fácilmente de estática. Cañerías de cobre para agua La soldadura de plomo (ya (que requieran soldadura de prohibida en muchos países) plomo) desprende partículas de este metal. Cañerías de plástico (PVC) para Los solventes de los plásticos y agua adhesivos e hidrocarburos clorados se disuelven en el agua. Cemento/hormigón Las gravas graníticas empleadas como áridos suelen ser radioactivas. Tabique s refractarios Pinturas sintéticas de interior Pisos vinílicos o plastificados Contienen distintos porcentajes de aluminio tóxico. Emanan componentes orgánicos volátiles y gases de mercurio. Producen emanaciones tóxicas del material y de los adhesivos. Sistemas de acondicionamiento Los filtros mal mantenidos de aire desarrollan hongos, las parrillas de condensación albergan gérmenes aeropatógenos, el sistema distribuye contaminantes. fibra con el aire interior. Es preferible evitarlas, en especial en lugares donde pudieran humedecerse. Si deben usarse, no emplear adhesivos. Usar bases de yute o lana y no de látex sintético. Solicitar soldadura sin plomo y contra flujo de vapor o agua sobrecalentada por el sistema antes de habilitar la instalación No utilizar cañerías de PVC para el agua potable. Existe la alternativa del biohormigón, fácilmente elaborable, disminuyendo la proporción del cemento y aumentando la de cal. El cemento blanco es más sano que el gris. Elegir los colores más claros, que contienen menos aluminio. Exigir pinturas al agua y libres de mercurio. Ventilar bien el edificio antes de ocuparlo. Existen pinturas de baja toxicidad. Se pueden sustituir por linóleo o corcho. El hidrolaqueado es menos tóxico que el plastificado. La cerámica es completamente no-tóxica. Es mejor acondicionar el edificio que acondicionar el aire. Los sistemas de calefacción y refrigeración solar pasiva son más sanos. 201
