Informe Homologacion

DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES DEL SISTEMA DE CONSTRUCCIÓN
PREFABRICADO BRICKARP ANTE CARGAS LATERALES
INFORME DE PRUEBA DE CARGA DE CASA DE PLASTICO RECICLADO BRICKARP
ICEM-622
Bogotá D.C., Agosto de 2015
1
CONTENIDO
1
2
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 6
1.1
OBJETIVO ...................................................................................................................... 6
1.2
ANTECEDENTES .............................................................................................................. 6
1.3
DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA: ............................................................................ 7
1.4
PLAN DE ENSAYOS .......................................................................................................... 7
1.5
ANÁLISIS DE SOLICITACIONES .................................................................................... 8
ENSAYOS ............................................................................................................................... 9
2.1
PRUEBA DE CARGA CASA DE PLASTICO RECICLADO BRICKARP................................ 9
2.1.1
Descripción del montaje ........................................................................................ 9
2.1.2
Carga real aplicada .............................................................................................. 18
2.2
METODOLOGÍA DEL ENSAYO ........................................................................................ 19
2.1
PRUEBA DE CARGA ....................................................................................................... 23
2.1.1
3
ANÁLISIS DE SOLICITACIONES .......................................................................................... 32
3.1
4
Desplazamientos ................................................................................................... 23
Análisis Sísmico........................................................................................................... 32
REGISTRO FOTOGRAFICO .................................................................................................. 38
2
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Estructura casa de plástico Brickarp .......................................................................... 8
Figura 2.1 Esquema del montaje .................................................................................................. 9
Figura 2.2 Planta estructural casa de plástico Brickarp ............................................................ 10
Figura 2.3 Ubicación e identificación puntos de medición de desplazamientos ....................... 11
Figura 2.4 Montaje instalado vista perfil ................................................................................... 12
Figura 2.5 Montaje instalado vista frontal ................................................................................. 13
Figura 2.6 Detalle de apoyo típico de puntal metálico en montaje ........................................... 14
Figura 2.7 Detalle de unión del montaje a la estructura plástica en la parte superior ............. 15
Figura 2.8 Detalle de unión de la estructura plástica a la losa de cimentación ......................... 16
Figura 2.9 Detalle de unión de la estructura plástica a la losa de cimentación en la parte
interna de la estructura .............................................................................................................. 17
Figura 2.10 Esquema de fuerzas actuantes................................................................................ 18
Figura 2.11 Esquema de ciclo de carga ...................................................................................... 19
Figura 2.12 Sistema de medición de desplazamientos .............................................................. 20
Figura 2.13 Esquema del sistema de medición de desplazamientos – lado donde se ubica la
carga ........................................................................................................................................... 20
Figura 2.14 Esquema del sistema de medición de desplazamientos – lado posterior donde se
ubica la carga .............................................................................................................................. 21
Figura 2.15 Marcación de guías en las uniones y los muros ...................................................... 22
Figura 2.16 Identificación de pórticos y puntos de medición de desplazamientos .................. 24
Figura 2.17 Grafica de desplazamientos vs incremento de carga ............................................. 25
Figura 2.18 Grafica de derivas vs incremento de carga ............................................................. 26
Figura 2.18 Detalle en grafica de derivas vs incremento de carga zona 1% deriva .................. 27
Figura 2.19 Grafica de desplazamientos vs decremento de carga ............................................. 30
Figura 2.20 Grafica de desplazamientos vs incremento y decremento de carga ...................... 31
Figura 3.1 Envolvente de espectros por zona de amenaza sísmica ........................................... 32
Figura 3.2 Envolvente de espectros por zona de amenaza sísmica ........................................... 33
Figura 4.1 Estructura casa plástico brickarp antes de la prueba .............................................. 38
Figura 4.2 Estructura casa plástico brickarp y montaje instalado antes de la prueba .............. 38
Figura 4.3 Zona frontal de la estructura y montaje ................................................................... 39
Figura 4.4 Zona posterior de la estructura, identificación de pórticos y plomadas .................. 39
Figura 4.5 Zona lateral de la estructura y acceso 1. ................................................................... 40
Figura 4.6 Zona interna de la estructura.................................................................................... 40
Figura 4.7 Inspección inicial apoyo inferior del montaje .......................................................... 41
Figura 4.8 Inspección inicial cercha superior y apoyo superior del montaje............................ 42
3
Figura 4.9 Inspección inicial cercha inferior o bandeja de carga. .............................................. 43
Figura 4.10 Inspección inicial vigas y uniones superiores de la estructura .............................. 44
Figura 4.11 Inspección inicial vigas y uniones inferiores de la estructura y marcación de guías
en uniones .................................................................................................................................. 45
Figura 4.12 Inspección inicial – Viga fisurada en unión, hace parte de pórtico #2 ................... 46
Figura 4.13 Carga sobre montaje -Ciclo de carga #1 ................................................................. 47
Figura 4.14 Carga simultanea según secuencia de protocolo – Durante Ciclo de carga #2 ...... 48
Figura 4.15 Carga sobre montaje -Ciclo de carga #2 ................................................................. 48
Figura 4.16 Carga sobre montaje -Ciclo de carga #3 ................................................................. 49
Figura 4.17 Desplazamientos de la estructura -Ciclo de carga #3............................................. 49
Figura 4.18 Desplazamientos de la estructura -Ciclo de carga #3............................................. 50
Figura 4.19 Desplazamientos de la estructura -Ciclo de carga #3............................................. 51
Figura 4.20 Desplazamiento evidente en muros – desplazamiento entre bloques -Ciclo de
carga #3 ...................................................................................................................................... 52
Figura 4.21 Desplazamiento en unión - evidente en guías - Ciclo de carga #3 ......................... 53
Figura 4.22 Deformación en fisura unión pórtico #2 - Ciclo de carga #3 ................................. 54
Figura 4.23 Deformación en cercha inferior o bandeja de carga-Ciclo de carga #3.................. 54
4
LISTA DE TABLAS
Tabla 3.1 Cortante sísmico en la base por zona de amenaza sísmica. ....................................... 33
Tabla 3.2 Longitud de muros en sentido de estudio .................................................................. 34
Tabla 3.3 Cortante sísmico por unidad de longitud para cada muro en sentido de estudio. .... 34
Tabla 3.4 Cortante sísmico por unidad de longitud para el conjunto de pórticos. .................... 34
Tabla 3.5 Comparación de cortante sísmico y cortante resistente – Pórtico #1 (Desp1). ........ 35
Tabla 3.6 Comparación de cortante sísmico y cortante resistente – Pórtico #2 (Desp2 y
Desp4)......................................................................................................................................... 35
Tabla 3.7 Comparación de cortante sísmico y cortante resistente – Pórtico #3 (Desp3). ........ 36
5
INFORME PRUEBA DE CARGA CASA DE PLASTICO RECICLADO
BRICKARP
1 INTRODUCCIÓN
1.1 OBJETIVO
El propósito de este informe es presentar los resultados de la prueba de carga ante carga
lateral estática, realizada a la estructura casa brickarp, casa construida con elementos de
plástico reciclado, columnas, vigas, viguetas, bloques para muros para la CASA P4 T1
(prototipo 4) del sistema Brickarp.
1.2
ANTECEDENTES
Brickarp es un sistema constructivo que utiliza piezas hechas de plástico reciclado
mediante extrusión y moldes de acero para cada elemento. El sistema, planeado en
principio para viviendas de un solo piso, está compuesto por bloques, vigas, columnas y
viguetas, fundamentalmente.
En años recientes se han efectuado diversas pruebas en los elementos fabricados en
varias universidades del país con el objeto de optimizar la fabricación de las piezas.
A mediados de 2013, la cooperativa Coopserp, contactó a la Escuela Colombiana de
Ingeniería, para adelantar pruebas de laboratorio que permitieran conocer mejor las
características y el comportamiento de los elementos y de partes del sistema con miras a
solicitar la homologación del sistema ante la Comisión de la Norma. La necesidad de dicha
homologación surge por constituir este sistema en un régimen de excepción al no estar
incluido en el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, NSR-10
Entre 2013 y 2014 en la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito se llevó a cabo la
etapa preliminar la cual consistió en la realización de ensayos sobre probetas extraídas a
los elementos y sobre cada elemento de forma independiente, se realizaron ensayos para
determinar la resistencia a compresión axial, resistencia a flexión, cortante.
6
Con estos antecedentes la cooperativa Coopserp realiza y construye el montaje para
realizar una prueba de carga a la casa de plástico, solicita a la Escuela Colombiana de
Ingeniería Julio Garavito realizar la prueba en instalaciones de la cooperativa en la ciudad
de Cali.
1.3 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA:
Estructura de un piso, consta de elementos de plástico reciclado, la estructura es un
conjunto de bloques trabados entre sí, columnas y vigas inferiores y superiores trabadas
con los muros por medio de pestañas y ranuras en los bloques y columnas o vigas
respectivamente y una cubierta con vigas plásticas y tejas de zinc, la unión entre vigas y
columnas se realiza por medio de láminas y pernos metálicos, la unión entre las vigas de
cimentación y losa de cimentación (losa e=0.20 m de f’c desconocida) se realiza por medio
de láminas metálicas en forma de ángulos y pernos en la viga y losa, estas uniones se
instalan cada 50 cm (solo las vigas de cimentación se encuentras ancladas a la losa).
La estructura consta de 4 muros, todos perimetrales conformado por bloques trabados
entre sí; 9 columnas de 2.40 m de altura, 12 vigas de cimentación de 2.80 ml, 12 vigas
superiores de 2.80 ml, 2 puertas en esquinas opuestas de 0.70x2.0 m, 2 ventanas de
0,20x1.00 m.
El uso de la estructura se destinará para vivienda familiar, específicamente al uso como
vivienda de interés social.
La estructura se encuentra ubicada en el municipio de Viges en el departamento Valle del
Cauca, zona de amenaza sísmica alta (Aa=0.25 Av=0.25); región tipo 3 con vientos de
100km/h.
1.4
PLAN DE ENSAYOS
Se realiza una prueba de carga horizontal a la casa de plástico utilizando el montaje
realizado por la cooperativa. Basado en la NSR-10 se realiza un protocolo de carga y
descarga, a continuación se describe el protocolo:
7

Peso Muerto de estructura aprox.: 8.500 kg (información Suministrada por
Coopserp) incluye casa plástica.
Figura 1.1 Estructura casa de plástico Brickarp







Carga muerta montaje aprox.: 850 kg (info. Suministrada por Coopserp) estructura
metálica.
Carga para ensayo: 5.070 Kg
Unidad de carga: 30 kg - 1 bulto de arena.
Ciclos de carga: 5un
Secuencia de un ciclo de carga: 5 zonas de carga c/u 7 bultos
Incremento de carga y descarga:
o Ciclo #1: 35 bultos – 1050 Kg
o Ciclo #2: 35 bultos – 1050 Kg
o Ciclo #3: 35 bultos – 1050 Kg
o Ciclo #4: 35 bultos – 1050 Kg
o Ciclo #5: 29 bultos – 870 Kg
Tiempo de permanencia de carga: 2 horas
1.5 ANÁLISIS DE SOLICITACIONES
Se realizó un análisis de las solicitaciones presentes en la vivienda bajo cargas de servicio y
sometida a fuerzas sísmicas en zonas críticas basado en la Norma NSR-10.
8
2
ENSAYOS
En los siguientes apartes, se presentará el montaje utilizado, los datos recogidos de la
prueba y el análisis de resultados donde se presentan los valores característicos para cada
una de las solicitaciones de ensayo, las cargas reales aplicadas a la estructura y las fallas
típicas encontradas.
2.1 PRUEBA DE CARGA CASA DE PLASTICO RECICLADO BRICKARP
2.1.1 Descripción del montaje
A continuación se muestra un esquema del montaje utilizado en la prueba de carga:
Figura 2.1 Esquema del montaje
9
Figura 2.2 Planta estructural casa de plástico Brickarp
En cuatro puntos de la estructura se midieron los desplazamientos producto del incremento de
carga horizontal, a continuación se muestra la localización de los puntos
10
Figura 2.3 Ubicación e identificación puntos de medición de desplazamientos
El montaje de carga consta de una bandeja en Lp de 4” con dimensiones de 1.00x6.10 m
suspendida con 6 tramos de cadena de 3/8” por 1.90 m desde la cercha superior con 8 grilletes
tipo Lira de 3/8” y 3 de 5/8”, la cercha superior se encuentra apoyada en 4 puntales metálicos de
3” de diámetro y 5/16” de espesor con 2.68 m mediante apoyos de articulación con tornillos de
1”x8” grado 8 con restricciones de desplazamiento en 4 soportes tipo patín de 1/2", los soportes
de los puntales se unen entre sí mediante una viga de amarre inferior metálica en perfil canal u de
6” con6.25m y ésta a la vez con la viga de amarre inferior plástica de la casa con pernos de 1/2"
grado 8 con 8” de largo, la carga se trasmite mediante una cercha superior echa en perfil canal u
de 4” con dimensiones de 1.32x6.25 m unida a una viga metálica en perfil u de 6” con 6.25 m
11
mediante 4 bisagras de 3/4"con pasadores de 1 “ y está a la vez unida a la estructura plástica en la
viga superior mediante 8 pernos en 4 puntos a 20 cm de cada columna.
A continuación se muestra el montaje instalado en la estructura plástica:
Figura 2.4 Montaje instalado vista perfil
12
Figura 2.5 Montaje instalado vista frontal
A continuación se muestran los 4 apoyos de los puntales, en donde se puede observar la
articulación por medio de un perno de 1”; cabe anotar que el elemento de apoyo descansa sobre
la losa y se ancla a la viga inferior metálica y la viga de cimentación plástica mediante pernos:
13
Figura 2.6 Detalle de apoyo típico de puntal metálico en montaje
14
A continuación se muestra la cercha superior y la unión de esta a la estructura:
Figura 2.7 Detalle de unión del montaje a la estructura plástica en la parte
superior
15
Adicionalmente al montaje metálico se colocaron en las vigas de cimentación laminas metálicas
cada 50 cm que anclan éstas con la losa de cimentación, se alcanzó a medir un espesor promedio
de 18 cm (de la losa de cimentación se desconoce sus propiedades o refuerzo con la cual se
construyó, de igual forma se desconoce la profundidad de los anclajes y tipo de producto utilizado
para esto). A continuación se muestra las platinas en la estructura:
Figura 2.8 Detalle de unión de la estructura plástica a la losa de cimentación
16
Figura 2.9 Detalle de unión de la estructura plástica a la losa de cimentación en
la parte interna de la estructura
17
2.1.2 Carga real aplicada
A continuación mediante cálculos se demuestra la resultante de carga aplicada:
Rb
Ra
Figura 2.10 Esquema de fuerzas actuantes
D.C.L.
Rb
Rb
58°
Ra
W
Ra
W
32°
18
Para W= 5.920 Kg
Rb= 3.137 Kg
Ra= 6.699 Kg
Por lo tanto la carga horizontal aplicada a la estructura fue de 3.137 Kg.
2.2
METODOLOGÍA DEL ENSAYO
Para realizar la prueba de carga, se llevó a cabo el siguiente procedimiento (Ver registro
fotográfico):

Se marcó mediante cuadrículas la superficie de la bandeja de carga de acuerdo al ciclo de
carga establecido. A continuación se muestra un esquema del ciclo de carga:
Figura 2.11 Esquema de ciclo de carga
19

Se ubicó y demarcó la posición de las plomadas para medir los desplazamientos
horizontales, los registros de deformaciones se tomaron con un flexómetro 3 min después
de colocar cada ciclo de carga. En la figura 2.12 se presentan dos de las plomadas
utilizadas:
Figura 2.12 Sistema de medición de desplazamientos
A continuación se muestra un esquema del desplazamiento medido con las plomadas:
Figura 2.13 Esquema del sistema de medición de desplazamientos – lado donde
se ubica la carga
El anterior esquema muestra el desplazamiento medido e identificado como Def 4.
20
Figura 2.14 Esquema del sistema de medición de desplazamientos – lado
posterior donde se ubica la carga
El anterior esquema muestra el desplazamiento medido e identificado como Def 1, Def 2 y Def 3.

Se marcaron guías para cada unión metálica y en los muros para identificar y medir
rápidamente los desplazamientos en éstas. A continuación se muestra una de las guías
marcadas:
21
Figura 2.15 Marcación de guías en las uniones y los muros







Se tomaron las lecturas iniciales referenciadas con las plomadas.
Se utilizaron bultos de arena de 30 kg en buen estado, como material de carga.
Se colocó la carga en cinco etapas, todas de aproximadamente de igual masa, hasta
completar la carga estipulada de 5070 kg.
Se tomaron lecturas de desplazamientos después de culminado cada ciclo de carga.
Tres horas después de cargada la estructura, se tomó una nueva lectura de
desplazamientos.
Se procedió a descargar por etapas siguiendo el proceso contrario que se había llevado en
la fase de carga.
Se tomaron lecturas de desplazamientos luego de cada ciclo de descarga y finaliza la
prueba.
22
2.1
PRUEBA DE CARGA
2.1.1 Desplazamientos
A continuación se muestran tabulados los resultados de la prueba de carga:
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA
ENSAYO DE CARGA HORIZONTAL - CASA PLASTICA - PROYECTO BRICKARP
FORMATO DE "CARGA"
Empresa: Coopserp
Obra: Casa plástica Brickarp
Firmado por: Ing. Nancy Torres
Unidad de carga: Bultos de arena de 30Kg
INCREMENTO
0
1
2
3
4
5
0
Lectura Inicial
Carga
H i: 1:10 pm
CARGA
IMPUESTA
0 un
FUERZA
CORTANTE (Kg)
TEMP.
Def. 1
Def. 2
Def. 3
Def. 4
°C
cm
cm
cm
cm
OBSERVACIONES
450.4
31
0.00
0.00
0.00
0.00
1006.8
32
0.03
1.15
0.02
1.00
1563.3
32
1.08
3.45
0.07
3.50
2119.7
31
5.03
7.75
3.00
8.30
Se sepran bloques entre si, se
observa espacios entre ellos
2676.1
31
10.19
14.25
6.59
15.10
Se puede observar de un lado a
otro atravez de los espacios de
los muros
3137.1
30
16.19
20.55
9.59
22.40
Bandeja de carga toca pedestal
de concreto cercano donde hay
un poste metalico
3137.1
30
19.49
23.55
11.69
25.00
Peso del montaje: 850 kg
850 Kg
H i: 1:18 pm
35 un
H f: 1:25 pm
1.900Kg
H i: 1:29 pm
70 un
H f: 2:03 pm
2.950Kg
H i: 2:08 pm
105 un
H f: 2:15 pm
4.000Kg
H i: 2:19 pm
140 un
H f: 2:21 pm
5.050Kg
H i: 2:25 pm
169 un
H f: 2:28 pm
5.920Kg
Lectura 2.50h H:
4:00pm
Informe No. ICEMFecha de ensayo: 21-jul-15
Hora inicio: 1:01 pm dia 21
Hora final: 5:05 pm dia 21
169 un
5.920Kg
Ing. Residente:
Ing. Jorge Sierra
Nota: En la columna de Carga, se tiene en cuenta el peso del montaje.
23
En la imagen 2.16 se observa la identificación y localización de los puntos en la estructura donde
se midieron los desplazamientos.
Pórtico #3
Pórtico #2
Pórtico #1
Figura 2.16 Identificación de pórticos y puntos de medición de desplazamientos
A continuación se muestra gráficamente los desplazamientos medidos al momento de cada
incremento de carga
24
Desplazamiento vs Fuerza cortante
Incremento de Carga
Fuerza cortante (Kg)
3500.0
3000.0
2500.0
2000.0
Desp1
1500.0
Desp2
1000.0
Desp3
500.0
Desp4
0.0
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Desplazamiento (cm)
Figura 2.17 Grafica de desplazamientos vs incremento de carga
Del gráfico anterior se puede concluir:




El mayor desplazamiento se presentó en el pórtico central (#2) de la estructura con
23.5cm, como era de esperarse debido a que no había muros ensamblados que aportaran
rigidez a este pórtico.
En los pórticos de los extremos (#1 y #3) existe en la estructura puertas metálicas
instaladas, de las cuales en el pórtico #1 se encontraba abierta mientras que el pórtico #3
se encontraba cerrada, esto influyó para que existiera diferencia significativa en el
desplazamiento del pórtico debido al incremento de carga, la diferencia debido a esto se
observa en la gráfica para el Desp1 y el Desp3 (color azul y verde) con diferencia total de
7.80cm de desplazamiento; la puerta cerrada aportó rigidez al pórtico, éste elemento no
hace parte del sistema de resistencia de la estructura plástica.
En los pórticos #1 y #3 se encuentran muros que aportan rigidez al pórtico.
Los desplazamientos Desp2 y Desp4 (pórtico #2) se encuentran en el mismo eje y se
observa en la gráfica resultados similares, diferencia máxima de 1.45cm al finalizar el
proceso de carga.
A continuación se muestra gráficamente la deriva debido al incremento de carga de la fuerza
cortante aplicada:
25
Deriva %Hpiso vs Fuerza cortante
Incremento de Carga
3500.0
Fuerza cortante (Kg)
3000.0
2500.0
2000.0
Desp1
1500.0
Desp2
Desp3
1000.0
Desp4
500.0
0.0
0.0% 1% 2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
Deriva (%Hpiso)
Figura 2.18 Grafica de derivas vs incremento de carga
26
Deriva 1% Hpiso vs Fuerza cortante
Incremento de Carga
2500.0
Fuerza cortante (Kg)
2000.0
1500.0
Desp1
Desp2
1000.0
Desp3
Desp4
500.0
0.0
0.0%
0.2%
0.4%
0.6%
0.8%
1.0%
1.2%
Deriva (%Hpiso)
Figura 2.19 Detalle en grafica de derivas vs incremento de carga zona 1% deriva
El Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 en el titulo A.6.1.2 define la
deriva como “el desplazamiento horizontal relativo entre dos puntos colocados en la misma línea
vertical, en dos pisos o niveles consecutivos de la edificación”, establece también la necesidad de
controlarla y para esto establece una deriva máxima permisible.
El desplazamiento máximo durante la prueba de carga fue de 23.5 cm bajo una carga horizontal de
3.660 Kg.
La máxima deriva permisible de acuerdo con la NSR-10 es el 1% de la altura del piso; la altura del
piso de la estructura es de 2.40 m por lo tanto el máximo desplazamiento permisible es de 2.40
cm.
Del gráfico anterior se puede concluir:
27


La fuerza horizontal necesaria para superar la máxima deriva permisible de 1% calculada
por interpolación es de 1309 Kg (12830 N).
En el caso del pórtico donde la puerta metálica aporta rigidez, la fuerza es mayor y para
superar la máxima deriva permisible de 1% es necesario una fuerza de 2006 kg (19650 N).
28
ESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERIA
ENSAYO DE CARGA HORIZONTAL - CASA PLASTICA - PROYECTO BRICKARP
FORMATO DE "DESCARGA"
Empresa: Coopserp
Obra: Casa plástica Brickarp
Firmado por: Ing. Nancy Torres
Unidad de carga: Bultos de arena de 30Kg
DECRECIMIENTO
0
5
4
3
2
1
0
Lectura Inicial
Descarga
CARGA
169 un
H i: 4:00 pm
5.920Kg
H i: 4:05 pm
169 un
H f: 4:16 pm
5.920Kg
H i: 4:25 pm
140 un
H f: 4:29 pm
5.050Kg
H i: 4:31 pm
105 un
H f: 4:35 pm
4.000Kg
H i: 2:40 pm
70 un
H f: 2:45 pm
2.950Kg
H i: 4:50 pm
35 un
H f: 4:57 pm
1900Kg
H i: 4:58 pm
0 un
H f: 5:05 pm
850Kg
Informe No. ICEMFecha de ensayo: 21-jul-15
Hora inicio: 1:01 pm dia 21
Hora final: 5:05 pm dia 21
FUERZA
CORTANTE (Kg)
TEMP.
Def. 1
Def. 2
Def. 3
Def. 4
°C
cm
cm
cm
cm
3137.1
30
0.00
0.00
0.00
0.00
3137.1
30
0.00
0.00
0.00
0.00
2676.1
29
0.10
0.00
0.10
0.00
2119.7
29
0.10
1.10
0.10
0.10
1563.3
29
0.20
2.20
0.10
1.60
1006.8
28
0.70
3.90
0.20
4.10
450.4
28
1.20
5.80
0.80
6.00
OBSERVACIONES
Bandeja de carga toca pedestal
de concreto cercano donde hay
un poste metalico
Peso del montaje: 850 kg
Ing. Residente:
Ing. Jorge Sierra
Nota: En la columna de Carga, se tiene en cuenta el peso del montaje.
29
A continuación se muestra gráficamente los desplazamientos medidos al momento de cada
decrecimiento de carga
Desplazamiento vs Decrecimiento de Carga
3500.0
Fuerza cortante (Kg)
3000.0
2500.0
2000.0
Desp1
1500.0
Desp2
Desp3
1000.0
Desp4
500.0
0.0
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
Desplazamiento (cm)
Figura 2.20 Grafica de desplazamientos vs decremento de carga
Del gráfico anterior se puede concluir:


En el decrecimiento del desplazamiento para los pórticos #1 y#3 se observa que para el #3
o Desp3 la restauración a su punto de partida fue menor al pórtico #1 o Desp1 lo que da
indicaciones que el marco metálico de la puerta también influyó y aportó rigidez a la
estructura disminuyendo el desplazamiento.
Los desplazamientos Desp2 y Desp4 (pórtico #2) se encuentran en el mismo eje y se
observa en la gráfica resultados similares, diferencia máxima de 1.45 cm al finalizar el
proceso de carga.
A continuación se muestra el proceso de carga y descarga en una misma grafica para los puntos
medidos en la estructura:
30
Desplazamiento vs Fuerza cortante
Carga y Descarga
Fuerza cortante (Kg)
3500.0
3000.0
2500.0
2000.0
Desp1
1500.0
Desp2
1000.0
Desp3
500.0
Desp4
0.0
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
Desplazamiento (cm)
Figura 2.21 Grafica de desplazamientos vs incremento y decremento de carga
Del gráfico anterior se puede concluir:




Para el pórtico #2 (Desp2 y Desp4) donde no existe muro que aporte rigidez se presenta el
mayor desplazamiento con 23.5 cm y también la mayor recuperación de desplazamiento,
con una recuperación total de 13 cm, es decir se recuperó un 55%.
Para el pórtico #1 (Desp1) donde existe muro que aporte rigidez y la puerta metálica
abierta se presenta un desplazamiento total de 19.49 cm y recuperación de
desplazamiento de 2.30 cm, es decir se recuperó un 12%.
Para el pórtico #3 donde existe muro que aporte rigidez y la puerta metálica cerrada se
presenta un desplazamiento total de 11.69 cm y recuperación de desplazamiento de 1.30
cm, es decir se recuperó un 11%.
Para la prueba de carga, el desplazamiento máximo registrado fue de 23.5 cm y el
desplazamiento máximo remanente fue de 17.19 cm.
31
3 ANÁLISIS DE SOLICITACIONES
Para el análisis de solicitaciones de la estructura se estudiará su comportamiento bajo cargas de
sismo críticas basado en el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10.
Para el análisis sísmico se estudiarán las solicitaciones para las tres zonas de amenaza sísmica baja,
intermedia y alta. La ubicación de la prueba se realizó en el municipio de Vijes en el
departamento Valle del Cauca, zona de amenaza sísmica alta (Aa=0.25 Av=0.25).
La configuración estructural de la estructura es como se muestra en la figura 3.1
3.1 Análisis Sísmico
Las fuerzas sísmicas se calcula con la envolvente de espectros elásticos de diseño contemplados en
la NSR-10 para un suelo tipo E (suelos que entre otras características tienen un espesor mayor o
Envolvente
de espectros
elásticos
igual a 3m de arcillas blandas).
Las envolventes
de los espectros
clasificadas por zona de amenaza
por3.1
zona
amenaza
sísmica
sísmica se presentan en la figura
y lasde
zonas
de amenaza
sísmica se presentan en la figura 3.2.
(REGIONES 1 a 10-SUELO TIPO E)
1.2
1.125
1
AMENAZA
SÍSMICA ALTA
0.85
0.8
0.625
Sa (g) 0.6
AMENAZA
SÍSMICA
INTERMEDIA
0.4
AMENAZA
SÍSMICA BAJA
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
T (s)
Figura 3.1 Envolvente de espectros por zona de amenaza sísmica
32
Figura 3.2 Envolvente de espectros por zona de amenaza sísmica
Masa Total de la estructura (M): 8.500 Kg
Cortante sísmico en la base por zona de amenaza sísmica (Vs):
𝑽𝒔 = 𝑺𝒂 ∗ 𝒈 ∗ 𝑴
Tabla 3.1 Cortante sísmico en la base por zona de amenaza sísmica.
Sa (g)
Vs (N)
Alta
1.125
93,700
Zona de Amenaza
Intermedia
0.850
70,800
Baja
0.625
52,100
Nota: Se toma la gravedad g=9,80 m/s2
33
Tabla 3.2 Longitud de muros en sentido de estudio
MURO
PORTICO 1
PORTICO 3
LONG. (m)
5.48
5.48
Cortante Sísmico en la base por unidad de longitud de muro (Vs)
A continuación se tabula los cortantes sísmicos por unidad de longitud para cada muro en el
sentido de estudio para las diferentes zonas de amenaza sísmica en Colombia basado en la NSR10.
Tabla 3.3 Cortante sísmico por unidad de longitud para cada muro en sentido de
estudio.
Muro
PORTICO 1 Y
3
ALTA
V (N/m)
Zona de Amenaza
Intermedia
V (N/m)
Baja
V (N/m)
16581.6
12528.3
9212.0
Para comparar el cortante sísmico por unidad de longitud del conjunto de pórticos es necesario
sumar los cortantes sísmicos para cada muro, a continuación se realiza este cálculo:
Tabla 3.4 Cortante sísmico por unidad de longitud para el conjunto de pórticos.
Muro
Conjunto de
pórticos
ALTA
V (N/m)
Zona de Amenaza
Intermedia
V (N/m)
Baja
V (N/m)
33263
25056
18424
A continuación se muestra la comparación del cortante sísmico de la envolvente de espectros
elásticos de diseño contemplados en la NSR-10 para un suelo tipo E y el cortante resistido en la
prueba de carga para cada pórtico estudiado:
34
Tabla 3.5 Comparación de cortante sísmico y cortante resistente – Pórtico #1 (Desp1).
Cortante sísmico NSR-10 (Vs)
Zona de Amenaza sísmica
Alta
Intermedia
Baja
33.263
3.394
25.056
2.556
18.424
1.880
Cortante aplicado en prueba de carga
Cortante necesario
Cortante máximo
para superar 1%
aplicado
deriva
17.140
30.742
1.749
3.137
Unidad
N/m
Kg/ml
De la tabla 3.5 se puede concluir:



El pórtico no es capaz de resistir las solicitaciones sísmicas para cualquier zona de
amenaza sísmica sin superar el 1% de deriva permisible por la NSR-10.
La estructura a pesar de superar el 1% de deriva y soportar la máxima fuerza cortante
aplicada NO colapsa, las uniones no sufren deformaciones o fracturas visibles
El cortante máximo aplicado supera y resiste el cortante sísmico para la zona intermedia
de la envolvente de espectro.
Tabla 3.6 Comparación de cortante sísmico y cortante resistente – Pórtico #2 (Desp2 y
Desp4).
Cortante sísmico NSR-10 (Vs)
Zona de Amenaza sísmica
Alta
Intermedia
Baja
33.263
3.394
25.056
2.556
18.424
1.880
Cortante aplicado en prueba de carga
Cortante necesario
Cortante máximo
para superar 1%
aplicado
deriva
12.830
30.742
1.309
3.137
Unidad
N/m
Kg/ml
De la tabla 3.6 se puede concluir:


El pórtico no es capaz de resistir las solicitaciones sísmicas para cualquier zona de
amenaza sísmica sin superar el 1% de deriva permisible por la NSR-10.
El pórtico a pesar de superar el 1% de deriva y soportar la máxima fuerza cortante aplicada
NO colapsa, una de tres uniones que conforman el pórtico sufre deformación en una fisura
que existía en una viga antes de realizada la prueba.
35

El cortante máximo aplicado supera y resiste el cortante sísmico para la zona intermedia
de la envolvente de espectro.
Tabla 3.7 Comparación de cortante sísmico y cortante resistente – Pórtico #3 (Desp3).
Cortante sísmico NSR-10 (Vs)
Zona de Amenaza sísmica
Alta
Intermedia
Baja
33.263
3.394
25.056
2.556
18.424
1.880
Cortante aplicado en prueba de carga
Cortante necesario
Cortante máximo
para superar 1%
aplicado
deriva
19.656
30.742
2005
3.137
Unidad
N/m
Kg/ml
De la tabla 3.7 se puede concluir:



El pórtico si es capaz de resistir las solicitaciones sísmicas para la zona de amenaza sísmica
baja sin superar el 1% de deriva permisible por la NSR-10 pero no para las zonas de
amenaza sísmica intermedia y alta.
La estructura a pesar de superar el 1% de deriva y soportar la máxima fuerza cortante
aplicada NO colapsa, las uniones no sufren deformaciones o fracturas visibles.
El cortante máximo aplicado supera y resiste el cortante sísmico para la zona intermedia
de la envolvente de espectro.
CONCLUSIONES GENERALES
De los resultados dela prueba de carga se puede concluir que




La casa y sus uniones presentan gran flexibilidad. Para las fuerzas sísmicas de diseño en
zonas de amenaza sísmica intermedia o alta, las derivas resultantes fueron mucho
mayores que las permitidas por la NSR-10 (1 %).
Aunque la resistencia de la casa es mayor que las fuerzas sísmicas en zonas de amenaza
sísmica baja e intermedia, su resistencia es menor que la fuerza sísmica de diseño en zona
de amenaza sísmica alta.
Debe aumentarse la rigidez de la casa y debe aumentarse su resistencia, particularmente
para zonas de amenaza sísmica alta.
Desde el punto de vista de comportamiento mecánico, se sugiere usar columnas y vigas de
materiales homologados por la NSR-10 y que cumplen las correspondientes normas
36
técnicas colombianas, tales como madera o acero y usar plástico reciclado para muros y
otros elementos no estructurales. Desde el punto de vista de resistencia al fuego, debe
hacerse estudiarse el comportamiento del material (plástico) porque la NSR-10 tiene
exigencias sobre el tiempo de resistencia al fuego y sobre emanación de productos tóxicos
en caso de incendio.
Cualquier inquietud sobre el particular con gusto será atendido.
Atentamente,
__________________________________
ING. NANCY TORRES CASTELLANOS
Laboratorio de Ensayo de Materiales y Estructuras
37
4 REGISTRO FOTOGRAFICO
Figura 4.1 Estructura casa plástico brickarp antes de la prueba
Figura 4.2 Estructura casa plástico brickarp y montaje instalado antes de la prueba
38
Figura 4.3 Zona frontal de la estructura y montaje
Def1
Def2
Pórtico #3
Def3
Pórtico #2
Pórtico #1
Figura 4.4 Zona posterior de la estructura, identificación de pórticos y plomadas
39
Pórtico #1
Figura 4.5 Zona lateral de la estructura y acceso 1.
Pórtico #2
Pórtico #3
Figura 4.6 Zona interna de la estructura
40
Figura 4.7 Inspección inicial apoyo inferior del montaje
41
Figura 4.8 Inspección inicial cercha superior y apoyo superior del montaje
42
Figura 4.9 Inspección inicial cercha inferior o bandeja de carga.
Al realizar la inspección inicial se encontró que las cadenas de los extremos que sostienen la
bandeja de carga estaban des-tensionadas, se solicitó al personal lograr que las 6 cadenas
estuviesen tensionadas.
43
Figura 4.10 Inspección inicial vigas y uniones superiores de la estructura
44
Figura 4.11 Inspección inicial vigas y uniones inferiores de la estructura y marcación de
guías en uniones
45
Figura 4.12 Inspección inicial – Viga fisurada en unión, hace parte de pórtico #2
46
Figura 4.13 Carga sobre montaje -Ciclo de carga #1
47
Figura 4.14 Carga simultanea según secuencia de protocolo – Durante Ciclo de carga #2
Figura 4.15 Carga sobre montaje -Ciclo de carga #2
48
Figura 4.16 Carga sobre montaje -Ciclo de carga #3
Figura 4.17 Desplazamientos de la estructura -Ciclo de carga #3
49
Figura 4.18 Desplazamientos de la estructura -Ciclo de carga #3
Durante el ciclo de carga #3 y una fuerza cortante de 4.000 Kg y como se observa en la figura 4.19
y 4.20 el desplazamiento horizontal es evidente en el sentido hacia donde se ubica la carga.
50
Figura 4.19 Desplazamientos de la estructura -Ciclo de carga #3
Desplazamiento evidente en zona posterior de la estructura, se puede observar en la Figura 4.21
en la columna central el desplazamiento sufrido en la parte superior.
51
Figura 4.20 Desplazamiento evidente en muros – desplazamiento entre bloques -Ciclo
de carga #3
52
Figura 4.21 Desplazamiento en unión - evidente en guías - Ciclo de carga #3
53
Figura 4.22 Deformación en fisura unión pórtico #2 - Ciclo de carga #3
La fisura que se observa en la figura 4.22fue evidenciada antes de iniciar la prueba de carga,
se observó que ésta se ensanchó durante la inspección realizada luego del ciclo de carga #3
Figura 4.23 Deformación en cercha inferior o bandeja de carga-Ciclo de carga #3
Es evidente la deflexión de las vigas metálicas que conforman la bandeja de carga como se observa
en la Figura 4.23
54