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VIVIENDAS ANTISÍSMICAS DE ADOBE -

REFORZAMIENTO.

Por: Cornejo Cárdenas, César A.

E-mail: [email protected]

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

RESUMEN

En regiones propensas a movimientos sísmicos, la resistencia de las construcciones a estos impactos es hoy en día una condición imprescindible. El barro como material de construcción a perdido credibilidad debido al desconocimiento de sus amplias posibilidades, al prejuicio de ser considerado “material de los pobres” (recordar que al ladrillo y cemento se les conoce como materiales ‘nobles’) y a que gran parte de viviendas recientemente construidas con adobe colapsaron por efecto de los últimos sismos. Durante un terremoto, los ladrillos de adobe tienen la tendencia a rajarse y a explotar, lo que provoca el hundimiento de las paredes y el derrumbamiento del techo. Es este hecho el que provoca la perdida de gran numero de vidas humanas, las técnicas de reforzamiento y mejora de la construcción para viviendas de adobe se centran principalmente en el retraso del colapso de estas estructuras ante un sismo de consideraciones mayores. En los casos de viviendas existentes los estudios han dado como solución económica y eficaz el enmallar los encuentros de los muros con franjas verticales y una franja horizontal en el borde superior de todos los muros, haciendo estos enmallados las veces de columnas de arriostre y viga collar. Para edificaciones nuevas la Norma de Estructuras E.080-ADOBE muestra diferentes tipos de refuerzo entre los que se aplica también el enmallado y el refuerzo interior con caña, así también cabe resaltar que ara toda construcción nueva de adobe es obligatorio el que se use una viga collar en toda la estructura. OBJETIVOS - Dar una atención debida a las construcciones de adobe por los resultados ya vistos en los sismos últimos. - Reducir el número de víctimas y el monto de las pérdidas materiales, disminuyendo la vulnerabilidad estructural, ambiental, social y cultural de nuestra sociedad.

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INTRODUCCION.

El Perú guarda en su historia una variada gama de costumbres, técnicas, conocimientos, etc. Nuestros antepasados tuvieron el manejo de las construcciones con tierra y piedra, tanto así que hoy por hoy podemos aun apreciarlas, así tenemos a Chan-Chan en Trujillo, o la muy apreciada por el mundo ‘Ciudad de los Incas’ en Cuzco. El tiempo desde aquellas épocas no ha podido hacer olvidar pues, aquellas formas y técnicas de construcción que si bien tienen un estilo único en su categoría, los sismos sucedidos en las ultimas décadas nos han demostrado que estas construcciones adolecen de cierto conocimiento estructural, la sismo-resistencia, es pues que hoy vemos el riesgo de miles de personas al habitar en edificaciones construidas sin tomar en cuenta este punto.

Actualmente podemos notar la cantidad de viviendas construidas con adobe que no cuentan con un refuerzo adecuado contra sismos. Según el INEI tenemos:

Viviendas que tienen al adobe o tapial como material predominante: 50.3 % Viviendas de adobe en la Sierra Norte: 80.3% Viviendas de adobe en la Sierra Centro: 77.3% Viviendas de adobe en la Sierra Sur: 74.8%

Gráfico Nº 01

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Tal como se muestra en el Gráfico Nº 01, la existencia del material noble en las paredes de las viviendas es poco significativa en el área rural. Tan solo 3.3% de las viviendas de este estrato poseen ladrillo como material predominante. En tanto que, al mismo tiempo, crece la presencia el adobe hasta el 71.1% de viviendas que lo poseen en esta área.

Estos datos pues resultan realmente alarmantes ya que por las experiencias recientes de Moyabamba (4 de abril de 1991), Nazca (12 de noviembre de 1996) y Arequipa ( 23 de junio del 2001) vemos que las construcciones de este tipo son las más vulnerables y pertenecen a una población de economía baja o muy baja; es así pues, el interés en dar una seguridad social mediante el reforzamiento adecuado a estas estructuras. GENERALIDADES

El sismo ocurre por el movimiento de las capas tectonicas o por actividades volcánicas. La aceleración del suelo y la frecuencia respectiva de las aceleraciones determinan los daños en las construcciones. Las edificaciones son afectadas mayormente por los impactos horizontales creados por el movimiento de la tierra en el plano horizontal. Los impactos verticales creados por la actividad sísmica son menores al 50%. Dentro de las viviendas el peligro reside en el hecho que los muros tienden a colapsar hacia fuera dejando caer la cubierta y los entrepisos al interior de la misma. Una solución técnica antisísmica para construcciones de hasta dos niveles busca que los muros no se abran hacia fuera y que las cubiertas se encuentren bien arriostradas. La magnitud de los valores máximos de la deformación horizontal ‘d’, de la velocidad horizontal ‘v’ y de la aceleración horizontal ‘a’ en un sismo de intensidad mediana son:

d = 0.1 a 0.3 m v =0.1 0.3 m/s a = 0.1 a 0.3 m/s2 = 0.15 a 0.30 g

Una aceleración horizontal de 0.3g significa que 30% del peso propio de los elementos constructivos actúan como fuerza en el sentido horizontal de la construcción. En el dimensionamiento de acuerdo con el método de la fuerza equivalente, la resistencia contra fuerzas horizontales esta determinada por una fuerza estática y no una dinámica. Cuanto mayor es la ductilidad disponible (y cuanto mayores son las deformaciones plásticas permitidas) tanto menor puede ser la fuerza equivalente.

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Esta relación fundamental se utiliza para disminuir la fuerza equivalente necesaria para una solución elástica en dependencia de la docilidad disponible. De lo anterior, se puede concluir que las construcciones antisísmicas deben disponer de una ductilidad mayor. Esto significa que deben ser capaces de asumir parte de la energía con las deformaciones plásticas. Las siguientes características son las más relevantes para el comportamiento de una estructura durante un sismo:

- Resistencia contra fuerzas horizontales. - Ductilidad (capacidad de deformación).

Ductilidad es la capacidad de una estructura de sufrir deformaciones sin romperse. En este caso, se aceptan conscientemente daños que se producen por causa de la salida del rango elástico. Entre ambas características existe una interdependencia intima. Esta es de gran importancia para toda la ingeniería. Con respecto al riesgo de colapso se puede establecer aproximadamente la relación siguiente:

“calidad” del comportamiento = resistencia x ductilidad. - Cuanto menor la resistencia, mayor es la ductilidad

necesaria. - Cuanto menor la ductilidad, mayor es la resistencia

necesaria.

FORMA DE LA PLANTA

Para obtener estabilidad de la vivienda la forma de la planta es muy importante. En general:

- Mientras más compacta la planta, más estable será la vivienda. Una planta cuadrada es mejor que una rectangular y una circular es la forma optima.

- Las plantas con ángulos no son recomendables, si estas fuesen necesarias se recomienda separar los espacios, la unión entre los mismos debe de ser flexible y liviana.

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DAÑOS TIPICOS PROVOCADOS POR MOVIMIENTOS SISMICOS

En los vanos de las ventanas a partir de las EL muro transporta momentos de flexión esquinas inferiores aparecen grietas diago en el plano horizontal para lo cual la alba- nales hacia abajo. Si el área de muro entre ñilería tiene poca, resistencia, en consecuen los vanos de la ventana y la puerta es muy cia, puede ocurrir grietas y separación de angosta, esta se debilita y tiende a derrum los muros. barse.

Cuando la fuerza sísmica es paralela al eje longitudinal; en este caso se ofrece gran resistencia a la flexión, este muro es denominado muro de corte. Un muro no reforzado actuando como muro de corte desarrollara una grieta

horizontal debido a la tensión por flexión y entonces se deslizará debido al corte. Un muro confinado, por otro lado, puede desarrollar grietas por

tensión diagonal debido al cortante.

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ASPECTOS ESTRUCTURALES

Hay dos tipos de impacto horizontal que deben tenerse en cuenta: los que son paralelos al plano del muro y los que son perpendiculares al mismo ( las fuerzas que son diagonales al muro se pueden dividir en dos componentes una paralela y la otra perpendicular). El impacto de las fuerzas paralelas al muro, produce un desplazamiento menor de la sección superior del muro con relación a la inferior, debido a la inercia de la masa. Por ello, se producen fuerzas de cizalladura en el muro que ocasionan grietas oblicuas. Mientras mayor la altura del muro y mayor el peso de la cubierta, mayor será el riesgo de la aparición de grietas. Los impactos perpendiculares al muro provocan un momento que puede provocar su colapso. Para disminuir este riesgo, este debe ser suficientemente ancho o estar reforzado mediante muros intermedios, contrafuertes y un encadenado (viga collar). Los muros altos y delgados pueden colapsar aunque estén reforzados con contrafuertes o muros intermedios, ya que estos se pandean y quiebran. Los daños mayores provocados por un sismo, ocurren cuando los muros colapsan hacia el exterior dejando caer la estructura de la cubierta. Por ello, la tarea principal del diseño antisísmico es asegurar que los muros no caigan hacia el exterior o diseñar una estructura de cubierta aislada es decir sobre columna exentas de la estructura del muro.

EL ADOBE

Los bloque macizos de tierra sin cocer, los cuales pueden contener paja u otro material que mejore su estabilidad frente a agentes externos se denomina adobe. La gradación del suelo debe aproximarse a los siguientes porcentajes: arcilla 10-20%, limo 15-25% y arena 55-70%. Si el suelo tiene mucha arena los ladrillos serán fácilmente destruidos por el agua. Si tiene mucha arcilla se contraerán mucho durante el proceso de secado, con una fuerte tendencia a rajarse. Los materiales, mezclados con agua, adquieren una forma mas fluida que permite volcarla en formas de madera con las dimensiones buscadas. Cuando parte del agua se evapora, el ladrillo es capaz de sostenerse por si mismo, se remueve la forma y se completa el secado al sol. La cura completa toma unos 30 días. Si la proporción de arcilla y arena es la correcta, no se necesita incorporarle paja.

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Los adobes podrán ser de planta cuadrada o rectangular y en el caso de encuentros con ángulos diferentes a 90º, de formas especiales. Sus dimensiones deberán ajustarse a las siguientes proporciones: - Para adobes rectangulares el largo será aproximadamente el doble del ancho. - Para cualquier adobe la relación entre el largo y la altura debe ser del orden de 4 a 1. - En lo posible la altura debe ser mayor a 8cm

COMPORTAMIENTO DE LAS VIVIENDAS DE ADOBE ANTE LOS SISMOS

Las edificaciones de adobe tienen un comportamiento sísmico pobre, por un lado los adobes son macizos y pesados y por otro lado son quebradizos y no resisten fuerzas de tensión. Las fallas en las viviendas de adobe pueden deberse, principalmente , a la poca adherencia entre el mortero y el adobe así como la poca resistencia a la tracción del adobe (0.036 kg/cm2).

Usualmente, la primera falla sísmica que se presenta en la viviendas de adobe no reforzadas se manifiesta a través de una grieta vertical en el encuentro entre las paredes ortogonales y en la parte central superior de los muros. Esta falla se debe a que las cargas sísmicas perpendiculares al plano del muro producen flexión en su parte central superior, la que se vuelve critica ante la carencia de una viga solera, ya que las tracciones presentes en el muro no son adecuadamente transmitidas hacia el muro transversal por la débil conexión que existe entre ellos, incluso cuando la conexión es dentada. El siguiente tipo de falla es producido por la fuerza cortante coplanar, y se manifiesta a través de grietas diagonales en los muros

REFORZAMIENTO

Un tipo de refuerzo es el que se da con la caña, un motivo para usar la caña es que se comporta en forma elástica casi hasta la rotura. La caña debe ser presentada en tiras, colocada horizontalmente cada cierto número de hiladas (máximo cada 4 hiladas) y estarán unidas entre si mediante amarres adecuados en los encuentros y esquinas. Para el caso de tener adobes mayores a 10cm de altura, las tiras de caña tendrán un espaciamiento máximo de 40cm. Se deben colocar refuerzos verticales, ya sea en un plano central de los adobes o entre alvéolos dejados de mínimo 5cm de diámetro. En cada caso los espacios vacíos deberán ser rellenados con mortero.

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Como ya hemos mencionado anteriormente existe la necesidad de colocar una viga collar, una solución practica al problema, es situar un madero sólido encima de cada pared este debe ser recto y seco, cabe mencionar que el eucalipto es una opción bastante aceptable y recomendada.

Detalle de la viga collar con troncos . Refuerzo horizontal y vertical.

La solución del refuerzo anterior solo es aplicable a las nueva construcciones del adobe. Como ya se ha mencionado, mas de 9 millones de peruanos viven en casa de adobe- 40% de la población. Para resolver el problema, una opción sería reemplazar las casas de adobe existentes con otras de material noble, bien construidas, mejor ubicadas sobre terreno firme que es la mejor técnica para reducir al mínimo la vulnerabilidad estructural. Sin embargo, dado su elevado costo esa no es una solución viable, menos aun considerando la extrema pobreza de la mayoría de personas que viven en áreas rurales en casa de adobe. Una alternativa más económica es reforzar las casas de adobe con elementos sismo-resistentes, evitando el súbito colapso de la vivienda cuando ocurre un fuerte terremoto. El propósito de varias investigaciones es tardar la formación de grietas verticales en las esquinas de las paredes; este retraso debe dar bastante tiempo para permitir la evacuación de las personas dentro de la edificación. Es más aun las investigaciones se ven restringidas ya que a menudo las casas comparten paredes (medianeras) por lo que el refuerzo es aplicable a las paredes interiores y a la pared delantera exterior. Los tipos de refuerzo probados son:

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1. Colocar una tabla de madera en la parte superior de las paredes

2. Colocar una soga de ½” tensionada en la parte superior de las paredes. . Los ensayos realizados dieron cuenta que las soluciones mencionadas no llegaban a cubrir las expectativas puestas. El reforzamiento más eficaz se logro con la malla electro-soldada habiéndose podido alcanzar un tiempo máximo de 28 segundos para su colapso.

La conclusión de estas pruebas fue que el refuerzo con malla electro-soldada hecha de 1 mm (0.03 pulgada) con aberturas cada 2 centímetros (3/4 pulgada), se recubrió con mortero en proporción 1:4 (cemento:arena); la malla se puso en tiras: verticalmente en las esquinas de todas las paredes perpendiculares, simulando las columnas; y rodeando el perímetro superior horizontalmente, simulando una viga collar para la pared. Las tiras de la malla se conectaron por medio de alambre que cruzó la pared a

través de un agujero que se cubrió después con el mortero. En la foto adjunta se muestra el encuentro de dos muros donde se ha colocado la malla y posteriormente se le ha dado un recubrimiento con mortero.

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El procedimiento para aplicar este reforzamiento es como sigue: 1. Quitar el yeso existente o el barro enyesando. 2. Hacer perforaciones de 5 cm de diámetro ( 2”) los agujeros deben estar cada 50 centímetros (20 pulgadas) sobre la intersección de las tiras de la malla vertical. 3. Insertar el alambre de acero para conectar las mallas, humedecer el interior y llenarlo de mortero 1:4 (cemento:arena). 4. Atar las tiras de la malla verticales a la pared del adobe con los alambres, y ahora hacer lo mismo para las tiras horizontales. La anchura usual de la tira de la malla es de 45 centímetro (18 pulgadas). 5. Aplicar un recubrimiento a la malla de cemento:arena en proporción 1:4.

RECOMENDACIONES

Defectos en los que se debe aplicar la técnica de Reforzamiento:

1. Muros de hasta 5 m de altura. En las construcciones antiguas abundan los muros altos, lo que obliga a adicionar una malla horizontal (ancho 0.45 m) a la mitad de su altura, aparte de la malla empleada en la zona del dintel.

2. Muros de hasta 7 m de largo. Si las viviendas presentan un solo ambiente en cada piso, esto obliga a adicionar en el centro del muro una doble malla vertical de 0.45 m (en los muros de hasta 5 m de largo) o de 0.90 m de ancho (en los muros de hasta 7 m de largo), interconectadas por alambre #8.

3. Viviendas de dos pisos. En las viviendas de la sierra abundan las construcciones de adobe de dos pisos, lo que obliga a efectuar un enmallado horizontal total (aparte de las mallas verticales) en todos los muros del primer piso, mientras que en los muros del segundo piso puede emplearse la técnica de enmallado por franjas. Esta modalidad de reforzamiento aún no se ha probado en forma experimental.

4. Muros medianeros portantes. En realidad todas las viviendas que hacen uso de muros medianeros portantes de las vigas del techo, deberían ser reforzadas, porque el colapso de una vivienda no reforzada, arrastraría a la vivienda reforzada; sin embargo, si el muro medianero no es portante y además el propietario de la vivienda vecina no permite reforzar su casa, entonces basta con colocar la malla cubriendo totalmente dicho muro por la cara interna de la vivienda a reforzar.

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Recomendaciones para una adecuada construcción:

- Las capas horizontales del mortero no deben tener un espesor mayor a 2 cm.

- Los adobes deben de mojarse antes de su colocación. - Si los muros tienen una longitud 12 veces mayor al espesor, se

recomiendo ejecutar un contrafuerte intermedio. - Existen algunas reglas que deben tenerse en cuenta para la

ejecución de los vanos: a) Los vanos para ventanas no deben tener una longitud mayor a

1.20 m., ni mas de 1/3 de la longitud de la fachada. b) La longitud del muro entre los vanos y entre estos y el

borde de los muros debe ser de mínimo 1/3 de la altura del muro, pero no menor a 1 m.

c) Las puertas deben abrirse hacia fuera. AL lado opuesto de la puerta se recomienda ejecutar otra o una ventana que pueda utilizarse como salida de emergencia

- Los dinteles requieren estar empotrados por lo menos 40 cm en la mampostería de adobes. Aunque una mejor solución es ejecutar los dinteles de los vanos contiguos a un mismo nivel, uniendo ambos en un solo elemento; pero para este caso la parte superior al dintel es débil. Esta solución es mejorada si el dintel a su vez trabaja como una viga collar y la parte inferior a la ventana se ejecuta con un material flexible como quincha. De esta manera la ventana tiene la misma función que la puerta al separar los elementos del muro. - Viviendas con baja densidad de muros. En cada dirección, la densidad de muros, calculada como la suma de las longitudes de los muros por su espesor y dividida entre el área techada, debería ser mayor que 0.07 m2 / m2. En caso contrario, debería añadirse muros nuevas conectándolos contra las vigas del techo. - Viviendas de dos pisos con baja densidad de muros. En este caso habría que construir una mayor cantidad de muros que aumenten la resistencia a fuerza cortante. - El adobe estabilizado tiene aditivos para resistir mejor la humedad, como una emulsión de asfalto (RC-250). A veces se agrega cemento Pórtland o productos químicos especiales. - Si se usa madera para la viga usar una de 6”x10”. Si necesita unir pedazos las uniones deben tener un mínimo d 6” de superposición. Ninguna unión debe estar más cerca de 12” de una abertura de ventana o puerta.

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CONCLUSIONES

- Las edificaciones de adobe actuales en general no cumplen los requisitos de la norma de edificaciones de adobe, principalmente en lo que respecta al uso de elementos de refuerzo horizontal y vertical y elementos de arriostre como una viga collar.

- Las casas no se caen por ser de adobe, sino por estar mal construidas.

- Mientras más liviano sea el techo el grado de daño probable será menor.

- La construcción con adobe no es una idea nueva, es un redescubrimiento de técnicas antiguas y la aplicación de ellas para viviendas modernas.

- Los vanos para las puertas y ventanas debilitan la estabilidad de los muros. Durante un sismo se crean grietas diagonales desde las esquinas y sobre los dinteles grietas horizontales.

BIBLIOGRAFÍA Gernot Minke. 2001. “Manual de construcción para viviendas antisísmicas de tierra”, Universidad de Kassel, Alemania. Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI).1993.Censos Nacionales 1993,IX de la población. IV de la vivienda. Lima, Perú. Reglamento Nacional de Estructuras .2002. Norma E.080 ADOBE. PROYECTO CERESIS-GTZ-PUCP, página en internet http://www.ceresis.org/proyect/padobe/htm. Página en internet http://ag.arizona.edu./OALS/ALN/aln47/zegarra.html

http://www.ceresis.org/proyect/padobe/htm

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