69420749 ensayos de albanileria

FORMULASUCCION

Ph Ps−( )

A200⋅

Ph = Peso de la muestra húmedaPs = Peso de la muestra secaA = Área de contacto.

acultad de Ingeniería Civil de la UNSA Albañilería Estructural

Succión(g/200cm²/min.)58.269157.3744.66088.0367.841.92Densidad(kg/cm3)1.741.771.8232.53Alabeo(mm)1.431.622.531.21H% Variac. Dimensiones.1.4413.4M-1AM-1BM-1CM-2AM-2BM-3M-4Art. 1Art.

2dimensiones nominales9*14*1324*14*99*14*1310*14*249*13*249*12.5*239*13*23.524*14*6.523*13.5*6.5% de VACIOS303328333047.426.500L% Variac. Dimensiones.0.530.250.250.270.4560.95114A% Variac.

Dimensiones.0.380.230.691.54

Proceso de falla del ensayo de resistencia a tracción por flexión, la falla ocurre justo en el punto de aplicación de la carga.

ENSAYOS DE ALBAÑILERÍA SIMPLE

ENSAYO DE SUCCION.

Este ensayo emplea testigos secados al horno, el espécimen después de pesado se coloca sobre los soportes durante un minuto; luego se retira y se seca la superficie con un paño y se pesa .Se debe tener presente las fisuras que las unidades puedan tener, ocasionando el aumento de la capacidad de succión de dichas unidades, por lo que se debe en lo posible evitar dichas fisuras en las unidades.

23.361.75

Laboratorio de Concreto Ingeniería Civil de la UNSA

f' br3

2PuL

b tt( ) 2⋅⋅

Pu = Carga aplicada

L = Longitud entre apoyos inferiores b = Anchotr = Altura

f'bt 2Pu

π b⋅ tb⋅⋅

Pu = Carga Aplicada.b = Ancho de la unidad.tb = Altura de la unidad

Lb


1.2 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE UNIDADES DE ALBAÑILERIA

Magnitudes

Varillas de Diámetro (1/12xfr)

ENSAYO DE RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA

Se efectúa en la maquina de compresión sobre una unidad entera seca a la cual se ha fijado con precisión arriba y abajo del plano de rotura, una barra de acero de pequeño diámetro. Se debe tener presente que las unidades mecanizadas presentan alvéolos, su resistencia varia por tener un menor área de sometida a tracción en comparación con las unidades macizas, a menor área de corte la resistencia a tracción indirecta aumenta.

COMPRESIÓN AXIALEl espécimen (media unidad seca) debe estar cubierta con capping de yeso para uniformizar la superficie de apoyo. La carga se debe aplicar uniformemente a una velocidad comprendida entre 20 daN/min.

Unidad sometida a compresiónEste tipo de falla que se presenta se manifiesta mediante fisuras paralelas a la carga

ENSAYO DE RESISTENCIA A TRACCIÓN POR FLEXION


f'bPu

A

Pu = Carga aplicada. A = Área bruta.

Recubrimiento o capping apoyado en una plancha rígida

unidad

Pu


Este ensayo consiste en producir un esfuerzo de tracción por flexión hasta la ruptura de la unidad. Se ejecuta en la máquina de compresión sobre una unidad de albañilería entera la cual se apoya en una luz no mayor de 18 cm. Y se carga en el centro.La velocidad de desplazamiento de la prensa es 1.25 mm/min

ALABEOEl alabeo se puede presentar en una unidad como concavidad o convexidad de la unidad. Con cavidad se mide colocando una cuña graduada donde se produzca la flecha máxima teniendo como referencia horizontal una regla metálica, la convexidad se mide colocando dichas cuñas al extremo de la regla. Los resultados se obtienen del promedio de la concavidad y convexidad y se dan milímetros; la cantidad de muestras utilizadas fueron de 20 especimenes por cada tipo de unidad.Estas pruebas son necesarias efectuarlas para determinar el espesor del mortero de la albañilería, cabe recalcar que mientras más grande sea este espesor menor será la resistencia a la compresión de la albañilería. La finalidad de estos 2 ensayos es ver la irregularidad en las unidades.

por: Ing. Fidel Copa Pineda, Prof. Asociado de Ingeniería Civil de la UNSA.Colaboración.

El objetivo de este documento es compartir los trabajos de investigación que fueron realizados en el Laboratorio de Concreto la Fac. de Ingeniería Civil de la UNSA, se realizaron una serie de ensayos a fin de investigar el comportamiento estructural de los diversos tipos de unidades de albañilería que son de uso comercial en Arequipa, se hicieron muretes de 60 @ 65 cm de lado y prismas de cinco unidades de altura. Se utilizaron unidades de arcilla calcinada.

El trabajo consistió en ensayos experimentales con 10 tipos de unidades de albañilería, 8 fabricados en forma mecanizada y 2 fabricado en forma artesanal proveniente de Mariano Melgar y Cerro Colorado,. La elección de las muestras fue aleatoria y representativa. La mano de obra empleada en la elaboración de los muretes y de los prismas fue debidamente seleccionada.

Antes de preparar los especimenes se realizó un estudio del agregado de las diferentes canteras existentes alrededor de la cuidad; como son: Chiguata, el Huayco, La Poderosa, Añashuayco. obteniendo una selección en base a la norma ASTM su granulometría, coloración, y contenido de finos.

El terremoto de Arequipa del 23 de junio ha probado a las edificaciones en general y en algunos casos los muros de albañilería no han resistido ni el 50% de su carga nominal de diseño y en otros casos como son los muros mal llamados de “tabiquería” son mas fuertes que los elementos estructurales de concreto reforzado dañándolos en forma local, haciendo peligrar en muchos casos la estabilidad de la estructura. Durante el terremoto la superestructura ha interactuado con los muros de tabiquería mediante dos formas uno por esfuerzos de compresión diagonal y una segunda forma es el impacto. Dichos muros han producido un astillamiento en las columnas del concreto (spalling) ya en algunos casos la albañilería ha fracturado gran parte de las columnas de concreto reforzado. Y en otros las columnas han sido mas fuertes que los tabiques y han sido golpeados hasta dañarlos si es que no tenían un aislamiento sísmico adecuado.

Los tabiques de ladrillo pandereta que se usan en los edificios por motivos de reducir masa han demostrado ser muy frágiles al impacto y la deformación lateral del edificio. Debido a su gran rigidez y falta de aislamiento han absorbido esfuerzos que no han sido capaces de soportar por su baja resistencia. Por ello, es muy importante el aislamiento real


%P

0P−( )

P100⋅

Po = longitud real P = longitud nominal


y ahora se están ejecutando con juntas flexibles y con una goma que no tiene ninguna resistencia a la deformación lateral.

Los resultados de los ensayos experimentales nos han arrojado resistencias muy superiores a las nominales y en otros casos menores a los esperados, ello ha generado una incertidumbre en el comportamiento estructural real de la albañilería en nuestro medio. Esto nos obliga a seguir el camino emprendido vía investigación experimental que nos conduce a obtener resultados a ciencia cierta y que nos permite aseverar su verdadero comportamiento. Actualmente el laboratorio de la Universidad Nacional de San Agustín cuenta con este tipo de aparatos de pruebas y ello puede contribuir a un mejor control de calidad en forma real para verificar su resistencia y la calidad de mano de obra, las unidades de albañilería, que garantizarán la seguridad de la obra.

. Finalmente queremos expresar nuestro agradecimiento a la Ing. Maria Elena Sánchez García, Jefa del Laboratorio de Concreto, al personal del Laboratorio quienes nos brindaron todo su apoyo.

. Ing. Fidel Copa Pineda, Docente FIC-UNSA

Dedicatoria:

A los ingenieros, quienes más que seguir ciegamente las normas de la práctica, buscan aplicar las leyes de la naturaleza. T. Y. Lin

ENSAYOS DE UNIDADES DE ALBAÑILERÍA DE ARCILLA CALCINADA

Se realizaron ensayos de unidades de albañilería y además ensayos de muretes y pilas, para ello se utilizaron diferentes dosificaciones de mortero, así como muestras de unidades de ladrilleras mecanizadas locales, artesanales y además se ensayó muestras de sillar a escala reducida; con el fin de conocer las propiedades mecanizadas de todas las unidades de albañilería.

Definimos las muestras en los siguientes grupos:Mecanizados 1 con una altura de 9 cm. (M-1A)Mecanizados 2 con una altura de 9 cm. (M-1B)Mecanizados 3 con una altura de 9 cm. (M-1C)Mecanizados 4 con una altura de 10 cm. (M-1D)Mecanizados 5 con una altura de 10 cm. (M-2A)Mecanizados 6 con una altura de 9 cm. (M-2B)Mecanizados 7 con una altura de 9 cm. (M - 3)Mecanizados 8 con una altura de 9 cm. (M - 4)Artesanales 1 con una altura de 6.5 cm. (Art. 1)Artesanales 2 con una altura de 6.5 cm. (Art. 2)

MARCO TEORICO. PROPIEDADES GENERALES DE LAS UNIDADES DE ALBAÑILERIA.

MEDICIÓN DE LA VARIABILIDAD DIMENSIONAL

Se mide en cada espécimen entero el largo el ancho y el alto con precisión de un milímetro. Cada medida se obtiene como promedio de las cuatros medidas entre los puntos medios del borde de cada cara.

Muestreo



79.9560.314.5326.2616.9118.925124.6f´bt(kg/cm²)tracción indirecta13.3725.9823.8913.315.0110.7417.4179.35 1.881.981.751.491.73f´b(kg/cm²)en base

al área bruta136.4798.91150.2862.73126.65120.1943.5987.276.29f´br(kg/cm²)tracción por

flexión29.110.82.2521.150.751.750.850.460.891.3 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LAS UNIDADES DE ALBAÑILERÍA En cada uno de los ensayos se utilizaron 5 especimenes, con las cargas de rotura y los datos obtenidos en el laboratorio se calcularon los esfuerzos resistentes a: compresión pura por sección bruta, a tracción por flexión, a tracción indirecta prueba brasilera y además la densidad, y la succión de las unidades, los cuales están representados en cada uno de los gráficos que se muestran abajo. Asimismo en algunos casos se muestran los resultados de cada una de las fábricas para observar la dispersión de los resultados. Según estos gráficos existe mucha dispersión en los resultados de resistencia a compresión de algunas fábricas en particular mientras que en la que tuvo una mayor resistencia la dispersión fue mínima. Es importante notar también la influencia de la resistencia y su espesor del camping en la resistencia de las unidades de albañilería. El grosor adecuado del camping debe ser de 3 mm y máximo 5mm a excepción de las unidades artesanales, pero se tendrá cuidado de que este completamente plano.

RESISTENCIA A COMPRESION AXIAL f´b

98.91

150.28

62.73

126.65 120.19

43.59

87.2 76.29

M-1A

0

50

100

150

200

M-1A M-1B M-1C M-2A M-2B M-3 M-4 Art 1 Art 2

TIPO DE UNIDADES

Existe una dispersión significativa en las unidades mecanizadas, las ladrilleras M2A y M4 presentan resistencias bajas en comparación a los demás; en las unidades artesanales su resistencia ala compresión es mas uniforme.



RESISTENCIA A TRACCIÓN POR FLEXION f´br

23.36

41.92

14.53

26.26

16.91 18.92

51

24.6M-1A

0

10

20

30

40

50

60


TIPO DE UNIDADES

Las unidades M1C y Art1 tienen resistencias altas, las demás unidades tienen resistencias parecidas.

RESISTENCIA A TRACCION INDIRECTA f´bt

25.9823.89

13.3 15.01

10.74

17.4 17

9.35M-1A

0

5

10

15

20

25

30


TIPO DE UNIDADES

Se ve que los ladrillos tienen muy baja resistencia a la tracción, a excepción de los mecanizados M1B y M1C.

ENSAYO DE SUCCION

91

57.3744.6

60

88.03

67.879.95

60.3M-1A

0

20

40

60

80

100


TIP O DE UNIDADES

Este ensayo nos determina la cantidad de agua que absorbe el ladrillo al momento del asentado, las unidades M1B, M3 y Art1 necesitan mayor cantidad de agua al momento de regar las unidades.



ENSAYO DE DENSIDAD Kg/Cm3

1.77 1.82 1.88 1.981.75

1.491.73M-1A

0

0.5

1

1.5

2

2.5


TIP O DE UNIDADES

Kg

/Cm

3

Los valores varían entre 1.5 @ 2 Kg./Cm2, lo cual nos indica que una unidad mientras mayor densidad tenga, se obtendrá mejores resistencias.

ENSAYO DEALABEO mm

1.62

2.53

1.2 1 0.8

2.252

M-1A

00.5

11.5

22.5

33.5


TIPO DE UNIDADES

Cm

Las unidades mecanizadas presentan alabeos bajos a excepción de las muestras M2A y M1C, que nos valores altas.

2. ENSAYOS EXPERIMENTALES DE MURETES DE ALBAÑILERÍA SIMPLE.2.1 ENSAYO DE MURETES SOMETIDOS A COMPRESIÓN DIAGONALEn este ensayo se realizaron una cantidad de 54 muretes, la junta que se le dio al mortero esta comprendida entre 1.0 cm. y 1.5 cm., las dimensiones L1 y L2 de los muretes oscilan entre 60 y 65 cm. con un ancho de 14 cm. aproximadamente de acuerdo al tipo de unidad, se debe de tener en cuenta que un muro confinado por columnas y vigas de arriostre tiene una mayor resistencia y mejor ductilidad al colapso y trabaja como un puntal diagonal a compresión tal como se ilustra en el modelo de abajo. Los muros ante solicitaciones sísmicas van a soportar las cargas cíclicas por sismo y estos pueden fallar por corte horizontal, por compresión diagonal, y falla de los elementos de confinamiento (vigas y columnas). Y en muros de albañilería donde no existen confinamientos la resistencia al la fuerza cortante es mucho menor y el colapso es de falla frágil debido a que no poseen ductilidad.

Se aprecia en la figura la grieta producida por la tracción que provoca la fuerza sísmica en los muros de albañilería

Pórtico de concreto armado en donde debido a la mala separación sísmica el muro interactúa como un puntal que golpea a las columnas de concreto.

PROCESO DE FALLA DEL ENSAYO DE TRACCIÓN DIAGONAL


An L1

L2

+( ) b⋅f

2⋅

L1 = Lado 1 del mureteL2 = Lado 2 del murete .b = Ancho de la unidad .f = relación área neta/ área bruta = 1


Es el ensayo más utilizado para determinar la resistencia a la tracción diagonal. Se considera un ensayo representativo ideal por la similitud de la forma de falla de ciertos muros de edificaciones ante acciones sísmicas. El testigo estándar es un murete cuadrado aproximadamente, se hace de la albañilería cuyas características se quiere determinar .El ensayo consiste en cargar diagonal mente el murete con una carga de compresión creciente y ha un ritmo controlado hasta la rotura. El ensayo se realizo teniendo presente la norma ASTM E519 ref.5.80.), se tomaron la mitad de las medidas establecidas, 60x60 cm en ves de 120x120 cm como indica la norma. Conjuntamente debido a su buena adherencia en la zona de interfase estos fallan en simultáneo.

MURETES DE UNIDADES DE ARCILLA CALCINADA.

Las fórmulas utilizadas para obtener los resultados son:

Fig.5. Falla mixta, se logra una mayor resistencia cuando la unidad y el mortero trabajan en conjunto

Murete con unidades mecanizadas, nos muestra que no tiene buena adherencia en la interfase mortero unidad, es por eso que tiene la típica falla en forma de gradas.


V'm 0.71Pu

An⋅

Pu = Carga aplicada

Fig.4 Falla por cizalla, esta falla se debe al mal proceso constructivo del murete, por eso debe haber un control en el asentado de la albañilería en obra, ya que la causa de falla de la albañilería se debe a la calidad del asentado de la mano de obra, debido a la falta de adherencia.


Murete con unidades artesanales, existe una buena adherencia en la interfase mortero unidad, la falla se produjo 3 hiladas más abajo del apoyo superior, en consecuencia hubo giro en el apoyo.

2.2. ENSAYO DE PRISMAS

El espécimen para determinar la resistencia a compresión de la albañilería, consiste en un prisma de 5 unidades asentadas una sobre otra.

Estos prismas se construyen utilizando la mano de obra representativa, la técnica adecuada, considerando el tipo de mortero adecuado. La relación de aspecto entre la altura y el ancho del prisma se recomienda entre 2 y 5.

Para la obtención del f´m el ensayo se realiza a los 28 días de su construcción. El valor de la carga última se toma en el momento que comienzan a aparecer grietas verticales en las unidades acompañadas de ruidos. Las grietas verticales que se presentan deben están relacionadas con la deformación lateral del mortero.

El comportamiento real de los muros a escala natural a pesar de tener un tipo de amarre y no tener restricción del cabezal, tiene un comportamiento similar a los ensayos realizados en laboratorio.

Así mismo durante el ensayo se censan las deformaciones normales y las presiones del actuador. Con estos resultados se hicieron las curvas esfuerzo-deformación unitaria. El deformímetro vertical nos permiten encontrar el módulo de elasticidad de la albañilería. Se debe de tener presente que la deformación lateral en el prisma viene a ser una fracción de la deformación que nos indica el deformímetro como se ilustra en la Fig.10a.


f'mPu

APu = Carga aplicadaA = Área bruta

Fig.11. Se indica el equipo de registro de la deformacion vertical . A la derecha se muestra un prisma con unidades de arcilla calcinada. Con los deformímetros para el ensayo de compresión pura.

Lo

Deformímetro vertical


Se debe tener presente que en el caso de las unidades mecanizadas el mortero penetro en los alvéolos existentes, aumentando su resistencia a la adherencia y a la fuerza cortante en la interfase unidad-mortero.

ENSAYO DE ADHERENCIALa resistencia a la adherencia entre la unidad y el mortero es la resistencia al esfuerzo de tracción que se da en la interfase mortero unidad. Este valor se puede obtener por medio del ensayo con la palanca de adhesión

Fig15.Vista lateral de la maquina de ensayo

2.3 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE LA ALBAÑILERIA

RESISTENCIA A COMPRESION DE PILAS f´m(kg/cm²)

M-1A M-1B M-1C M-1D M-2A M-2B M-3 M-4 Art 1 Art 2

% de VACIOS 30 33 28 29.7 33 30 47.4 26.5 0 0

Pu(ton) 20 21 23.3 29.5 14 18.6 22.5 21 16 13

f´m(kg/cm²) 70 64.56 66.87 88 35.02 55.95 70.89 64.29 42 35

RESISTENCIA A COMPRESION DIAGONAL V´m(kg/cm²)

Pu(ton) 11.21 13.5 15.9 23.3 8.1 10.3 10.3 14.4 18 8.7

V´m(kg/cm²) 13.22 15.66 19.69 23.1 9.58 12.77 17.35 15.65 14 7.78

RESISTENCIA A CORTANTE POR CIZALLA T´m(kg/cm²)

Pu(ton) 2.1 1.75 2.9 4.2 1.8 2.4 2.45 3 3.9 2

T´m(kg/cm²) 5.7 5.4 8.6 13 5 7.5 8.6 8.9 11.26 5.81

ADHERENCIA INTERFASE MORTERO-UNIDAD (kg/cm²)ADHERENCIA

(kg/cm2) 12 8.39 11.24 9.58 11.57 9.58 2.5

RESISTENCIA A COMPRESION AXIAL f´m

64.56 66.87

88

35.02

55.95

70.8964.29

4235

M-1A

0

20

40

60

80

100


TIPO DE PILAS

f´m

(kg

/cm

2)

c

La albañilería de ladrillos tiene una buena resistencia a la compresión, lo constatamos con estos resultados, a excepción de los ladrillos mecanizados M2A y los artesanales 1 y2.

La unidad M1D tiene un f’m de 88 Kg./Cm2, pero a alcanzado esa resistencia sin sufrir ninguna fisura ni rajadura.


Brazo de palanca

Fig.16. En la foto se puede ver el instante de la separación de la unidad-mortero. Ensayo de adherencia en el Laboratorio.

Tracción producida por el brazo de

palanca


DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION PILA 1

Em=36060 kg/ cm2

05

101520253035

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001

E


Em=52565 kg/ cm2

05

101520253035404550

0 0.0005 0.001 0.0015

E

Modulo de elasticidad de la albañilería, se obtiene midiendo la deformación unitaria vertical del prisma en función del esfuerzo aplicado; la pendiente de la recta es el módulo de elasticidad.


Em=42934 kg/ cm2

0

10

20

30

40

50

0 0.0005 0.001 0.0015

E

DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION PILA4

E=46993 kg/ cm2

0

10

20

30

40

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001

E

De estos 4 prismas tenemos un módulo de elasticidad promedio de 44000 Kg./Cm2, dando la relación de

RESISTENCIA A COMPRESION DIAGONAL v´m

15.66

19.69

23.1

9.5812.77

17.3515.65

14

7.78

M-1A

0

5

10

15

20

25


TIPO DE MURETES

V´m

(kg

/cm

2)

Esta resistencia tiene bastante relación con las cargas de sismo, estos resultados se han tomado en base al área neta de las unidades, teniendo a la unidad M1D la que a dado mayor resistencia ala compresión diagonal. El valor mínimo de esta prueba es de: v’m= 12.5 Kg./Cm2, teniendo a las unidades M2A y Art. 2

con resultados por debajo de lo requerido.



RESISTENCIA A CORTANTE POR CIZALLA T´m

5.4

8.6

13

5

7.58.6 8.9

11.26

5.81M-1A

0

2

4

6

8

10

12

14


TIPO DE MUESTRAS

T´m

(kg

/cm

2)

RESISTENCIA A LA ADHERENCIA

8.39

11.249.58

11.57

9.58

2.5

M-1A

0

2

4

6

8

10

12

14


TIPO DE MUESTRAS

(kg

/cm

2)

PROCESO DE FALLA DEL ENSAYO DE CORTE POR CIZALLA



COCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

• Es muy importante que en toda obra de construcción se realice un control, tanto en el proceso constructivo, como en la calidad de los materiales empleados.

• Es recomendable hacer un reconocimiento y selección del agregado que se va a utilizar para preparar el mortero, algunas de estas características son: Coloración grisacea, granulometría uniforme con granos de diámetro menor a 4mm, también no debe tener mucho contenido de finos.

• La influencia del cemento en el comportamiento del mortero es determinante, El cemento tipo 1PM tiene una resistencia inicial alta, el tipo 1P por tener 30% de puzolana su resistencia inicial es menor a los demás, pero sin embargo el cemento Pórtland “Tipo 1” tiene un comportamiento mas optimo.

• Los resultados obtenidos en el laboratorio en algunos casos muestran valores alejados en comparación de los valores nominales que proporcionan los fabricantes, por lo tanto se recomienda a los propietarios, ingenieros, arquitectos, Fabricantes hacer un control de calidad periódica de las unidades, con el fin de tener edificaciones de mejor calidad.

• La resistencia a la compresión de la albañilería es mucho mas alta en comparación con la carga de tracción diagonal, pero esta resistencia trabaja mas con cargas estáticas o de gravedad.

• Es importante realizar el ensayo de tracción diagonal por que este ensayo simula las cargas producidas por un movimiento sísmico.

• En los ensayos de adherencia y corte por cizalladura se observa las formas de falla de la albañilería en el momento que se produce sismo, por lo tanto es muy importante lograr una buena adherencia en la interfase mortero unidad, por eso cuando esta adherencia haga que la albañilería se comporte en conjunto habremos logrado una albañilería óptima.

• En las unidades de albañilería es importante conocer el % de perforaciones por que al aumentar este porcentaje la unidad tiende a ser mas frágil y consecuentemente producirá una falla explosiva, es recomendable que este % no sea mayor al 30%.

• Por otro lado los alvéolos tienen una ventaja, al hacer que el mortero ingrese a ellos y forme una traba y se produzca una mejor adherencia y resistencia al corte por cizalladura.

• Las empresas relacionadas con el medio de la construcción deben apoyar periódicamente los trabajos de investigación, por que así se logrará mejorar nuestros sistemas de construcción y nuestros materiales.


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