CASAS HABITACIN CASAS HABITACIN CASAS HABITACIN CASAS HABITACIN CON CON CON CON MUROS DE MUROS DE MUROS DE MUROS DE CONCRETOCONCRETOCONCRETOCONCRETO

PARA ZONAS SSMICAS Y ELICASPARA ZONAS SSMICAS Y ELICASPARA ZONAS SSMICAS Y ELICASPARA ZONAS SSMICAS Y ELICAS

Carlos Arce Len

Hugo Hernndez Barrios

Facultad de Estudios Superiores Acatln, UNAM, Ingeniera CivilUnidad de Investigacin Multidisciplinaria, Departamento de

Estudios antropognicos

21 octubre de 2014

Una Vivienda Sustentable es aquella que tiene un mayor

aprovechamiento de los recursos climticos y energticos

del lugar para que en forma natural alcance el confort

deseado, lo logran consumiendo menos energa que las

viviendas convencionales y reduciendo la dependencia de

medios artificiales de refrigeracin y calefaccin.

Adems, genera beneficios para la economa y la salud,

de esta forma contribuyendo al desarrollo integral de las

familias.

La construccin sustentable utiliza materiales que son

ecolgicos, amigables con el ambiente y econmicamente

viables; satisfacen las necesidades de la poblacin sin

agotar los recursos naturales y disminuyendo los posibles

impactos ambientales.

El ocochal-arcilla es una de las posibilidades de diseo de unabioconstruccin.

1) Casas de Ocochal, paja y otras fibras vegetales

Ocochal, paja y otras fibras vegetales

Las fibras vegetales se mezclan con tierra y agua para haceradobes y edificar diferentes estructuras.

Son materiales constructivos reciclables y econmicos que sepueden recolectar fcilmente y adems de no contaminar,producen un impacto ecolgico muy ligero y ayudan al conforttrmico y acstico de las viviendas.

Estructuras flexibles

En bioconstruccin se recomienda evitar el concreto porque suproduccin tiene una alta exigencia de energa, es de difcilreutilizacin y porque en Mxico es casi imposible reciclarlo.

El concreto es una estructura rgida que se contrapone a lasestructuras flexibles como la de la mampostera de piedra, losmuros de adobe, el tapial o tierra compactada, y las estructurasde madera, son todas ellas estructuras flexibles que permiten unaadaptacin al movimiento, ya sea generado por los asentamientosdiferenciales del suelo, debido a un terreno arcilloso o pormovimientos ssmicos.

2) Construccin sustentable con pacas de paja

La construccin de casas con pacas de paja es un sistemasencillo que puede ser aprendido en pocos das y en el quetodos pueden participar. Se requiere menor laborespecializada y menos tiempo de construccin que los mtodostradicionales, como el del concreto.

Al utilizar las pacas para la construccin, se disminuye lacantidad de desechos agrcolas que son quemados,minimizando la contaminacin atmosfrica y elcalentamiento global.

1. El aislamiento trmico en la vivienda se traduce en confort, salud, productividad, eficiencia energtica y mejora del medio ambiente.

2 .El aislamiento trmico es una tcnica econmica, de eficacia comprobada y sustentable. Es una de las medidas que ms contribuyen al ahorro en el consumo de energa elctrica y por tanto a la reduccin de emisiones de gases de efecto invernadero a la atmsfera.

nfasis en:

El ahorro promedio con un sistema deaislamiento trmico es del 25% de energaelctrica sobre el consumo del aireacondicionado.

Diseo Arquitectnico BioclimticoDiseo y presupuesto energtico

1) Estrategias de diseo para reducir el consumo de recursos y energa:

a) forma y orientacinb) proporcionesc) ventilacin naturald) luz natural

LA ARQUITECTURA EST ENFOCADA A:

2) Estrategias de diseo para reducir el consumo diario de otros recursos

agua y desage

3) Reduccin de la energa encarnecida o incorporada y lahuella ecolgica del edificio

una paleta de materiales con baja energa encarnecida, con contenido reciclado y/o con la habilidad de ser reciclado mas fcilmente

una combinacin de cuatro materiales principales concreto, aluminio, madera y con dos acabados bsicos loseta y pintura

4) Mtodos de la construccin sustentable

a) control del ruido (contaminacin acstica)b) control de iluminacin (contaminacin lumnica)c) control de los desechos de la construccin, la reduccin del empaque de los materiales y equipo, tanto como la separacin de los desechos para posibilitar su reciclajed) elimina cortar los materiales

5) Calidad de la vida

Dos aspectos dominantes del clima: abundante radiacin solar ycondiciones de calor y humedad alta

el consumo de energa en el sectorresidencial llega a ser 35 por ciento detoda la generacin elctrico

y la seguridad?

-120 -115 -110 -105 -100 -95 -90 -85

Longitud

15

20

25

30

L

a

t

i

t

u

d

Acapulco

Aguascalientes

Campeche

Celaya

Cd. Chetumal

Cd. de Mxico

Cd. Delicias

Cd. Guzmn

Cd. Jurez

Cd. Madero

Cd. Mante

Cd. Obregn

Cd. Victoria

Coatzacoalcos

ColimaCrdobaCuernavaca

Culiacn

Chihuahua

Chilpancingo

Durango

Ensenada

Gmez Palacio

GuadalajaraGuanajuato

Guaymas

Hermosillo

Hgo. del Parral

Irapuato

Jalapa

La Paz

Len

Los Mochis Matamoros

Mazatln

Mr ida

Mexicali

Minatitln

Monclova

Monterrey

Morelia

Nogales

Nuevo Laredo

Oaxaca

Or izaba

Pachuca

Poza Rica

Puebla

Quertaro

Reynosa

Salamanca

Saltillo

San Luis Potos Tampico

Tapachula

Tepic

Tijuana

T laxcalaToluca

Tuxpan

Torren

Tuxtla Gutir rez

UruapanVeracruz

Villahermosa

Zacatecas

Zamora

Necesidad de disear ssmicamente una casa sustentable

Editora: Beln GarcaLoft PublicationISBN 84-35-283/2000

Casas de tubos de papel, Turqua

Viviendas reciclables: Para los afectados del sismo de Kobe

TRAYECTORIA DE CICLONES EN EL OCEANO PACFICO

CONDICIONES DE PROTECCIN EN ZONA DE FUERTES VIENTOS

EDIFICACIN SIN DAO EN LA PENNSULA DE YUCATN, HURACN ISIDORE (2002)

Comparativa del comportamiento de edificaciones sin dao (Maya tradicional y tipo INFONAVIT), y daos en bardas (elementos no estructurales de vivienda). Ambas estructuras estn en la misma esquina.

PENNSULA DE YUCATN. HURACN WILMA (2005), VELOCIDAD MEDIA SOSTENIDA DE 220 km/h

Necesidad de disear elicamente una casa sustentable

CASAS HABITACIN CON MUROS DE CONCRETO(DISEO SSMICO Y ELICO)

El concreto como material verde

El concreto est compuesto por agregado grueso, agregado fino,Cemento , agua y aditivos.

Tiene:Alta resistencia, masa trmica, durabilidad y alta capacidad de reflejarLa luz.

Concreto celular:Presenta atributos como propiedades trmicas y acsticas, ahorro

de energa (llega a ahorrar hasta el 35 % en el consumo elctrico de

aire acondicionado o calefaccin), asimismo permite reducir cargas

muertas, es resistente al fuego, favorece operaciones de colocacin

y disminuye la permeabilidad, adems al ser elaborados de manera

exacta existe menor desperdicio de material y disminuye el tiempo

de construccin. Los paneles elaborados con concreto celular son

llamados tabiques del futuro.

Concreto reforzado con fibras:

Dada la flexibilidad de los mtodos de fabricacin es un material

econmico y verstil para la construccin de vivienda. Busca

reemplazar las barras de acero y la malla de alambre soldado

Concreto traslcido:Es un material innovador que posee una combinacin

de cemento y fibra ptica (96% - 4%), con l son

elaborados bloques prefabricados que ofrecen

ventajas como luminosidad a los espacios cerrados y

permite visualizar las formas del espacio interior

Muro R:Se obtiene con tecnologa mexicana patentada; estos muros

estn compuestos por cimbras de concreto que forman parte del

sistema estructural y poseen caractersticas trmicas y acsticas,

adems incluyen el acabado final. Cuentan con una garanta de

calidad y con su uso el desperdicio del material se reduce casi al

cien por ciento, adems favorece al ahorro en el uso de madera y

en tiempo de construccin.

Las casas construidas con muros de concreto generan menos CO2 que

las casas con marcos de madera, tambin requieren menos energa

para calefaccin y aire acondicionado.

Adems el concreto puede ser triturado al final de su vida til para

reciclarlo como base en carreteras y terraplenes.

Por otra parte, la Red Acadmica Industrial de Investigaciones de

Cemento y Concreto (nanocem.org), seala que los materiales

cementantes mejoran el desempeo ecolgico del cemento y del

concreto, reducen costos durante el ciclo de vida y el consumo de

energa en edificios, igualmente mejoran el clima y la calidad del aire

dentro de las viviendas.

Ecatepec, Morelos

El ahorro promedio con un sistema deaislamiento trmico es del 25% de energaelctrica sobre el consumo del aireacondicionado.

Diseo Bioclimtico y Aplicacin de Aislamiento Trmico ?

Aislamiento en Muros de Concreto con Placas de Poliestireno Expandido 15 kg/m3, de 1 de espesor

1) Aislamiento en Losas de concreto con Placas de Polistireno Expandido 15 kg/m3, de 1.5 de espesor

Opcin:

2) Aislamiento en Losas de Concreto con Fibra de Vidrio en Plafn de tablero de Yeso

Opcin:

Opcin:

3) Aislamiento en Losas de Concreto con Espuma de Poliuretano Espreado

Opcin:

4) Aislamiento en Losas de Concreto con Mezcla de perlita Expandida

Experiencia en Sudamrica: Muros de ductilidad limitada

Experiencia en Mxico:

Creciente demanda de viviendas, sistema constructivo masivo

Experiencia en Mxico:

Creciente demanda de viviendas, sistema constructivo masivo

ENSAYE DE MUROS DE CONCRETO CON DIFERENTE RELACIN DE ASPECTO Y BAJAS

CUANTAS DE REFUERZO, PARA USO EN VIVIENDA

Estados lmite:ElsticoResistencia mximaResistencia ltima

Niveles de comportamiento:

OI ocupacin inmediataSV seguridad de vidaPC prevencin al colapso

agrV

mxVuV

agrd mxd ud

HIPTESIS DE CLCULO

1) Las losas trabajan como diafragmas horizontales rgidos

2) Los desplazamientos por torsin son proporcionales a la rigidez del muro.

3) El primer modo de vibrar es el predominante. Se imponen desplazamientos horizontales que siguen la forma modal del primer modo (vector inverso).

N

i

v

e

l

HIPTESIS DE CLCULO

4) Los muros resisten los desplazamientos impuestos hasta agotarsu capacidad de ductilidad individual, aunque pueden fallar porcarga lateral todava son capaces de resistir carga vertical.

5) Las aberturas como puertas y ventanas deben mantener un esquema uniforme de elevacin.

TORSIN (Chipol, 2001)

=

+

=

+

nid

dk

CM

1kCM

+

kCR

1kCR

+11k+

1k

3k

12k+

13k+

4k

14k+

DUCTILIDADES (Priestley , 1996)

=

=3

2 1 + 1 = 2 1

Ductilidad globalDuctilidad local Factor de comportamientossmico

PROCEDIMIENTO DE CLCULO:

1 Datos iniciales: propiedades de los materiales y geomtricas

2 Se imponen desplazamientos arbitrarios inicial e incremental de5x10-09 m y 5x10-04m, respectivamente.

3 Se calcula y con las ecuaciones de la curva idealizada para cadamuro.

4 Se calcula CR, CM y d, d . Se verifica que !"# 0.10'#.

5 Se realiza la sumatoria de y de los muros por nivel.

6 Se forma la matriz de rigidez y de masa de entrepisos.

7 Se calcula el primer modo de vibrar, Chopra (1995).

8 Se verifica el criterio de falla (( = 0.80*+,). Si es mayor seaplica paso 9, si es menor el 2.

9 Se calculan las ductilidades.

10 Finalizan clculos.

No

Si

MUROS DE CONCRETO REFORZADO CON BARRAS CORRUGADAS

agrV

mxVuV

agrd mxd ud

-./= 0.21 0.02 0.752343

56783

9-./ =23:

(0.5)3=>?.+

1.2HA(0.5)GCAC

E

FGHI=JGHI

KGHI

3 = > + " = M 567 + NOPO5 O 83 MQ 5

6783

R3 = 2.40 0.752343

T.UT

3

83 567 0.20 0.75

2343

.VV

23100

= 0.83

= 4.10 0.752343

V.W

3

83 567 0.43 0.75

2343

EV.XV

23100

Caractersticas y propiedades de muros analizados(Carrillo, 2013)

Muro23(m)

43(m)

Y

(m)

ConcretoRefuerzo en el

alma Tipo de carga5 7

(Mpa)=7

(Mpa)5

(Mpa)

[3#\(%)

9 2.40 2.40 0.10 16.20 10062.31 412 50

Cclica

17 2.4 5.40 0.10 16.20 10062.31 412 100

18 2.4 1.24 0.10 16.20 10062.31 412 100

21 2.4 5.40 0.10 5.20 5700.88 412 100

28 2.4 1.92 0.10 16.00 10000.00 412 100

33 2.4 2.40 0.10 5.20 5700.88 412 100

37 1.92 1.92 0.08 24.80 14757.00 412 100Dinmica

39 1.92 1.92 0.08 21.00 9146.00 412 100

4

2

3

1

Lm

Lm

X

Y

Hm

Lm

VALIDACIN DE RESULTADOS

Distribucin en plantaElevacin

(a) Este estudio(b) Experimentales (Flores et

al.,2007)

COMPARACIN DE ENVOLVENTES DE RESISTENCIA LATERAL DE MUROS

Comparacin de resistencias mximas

Muro3 (kN) ]

== T9 352 307.66 0.8717 766 878.80 1.1518 208 196.51 0.9421 800 689.40 0.8628 383 305.97 0.8033 336 303.86 0.9037 274 274.00 1.0039 250 262.90 1.05

Media aritmtica 0.95

Comparacin de distorsiones mxima y ultima

Muro^3 (%) ]

=

^( (%) ]== ] = ]

9 0.66 0.43 0.65 1.02 0.64 0.6317 - 0.54 - - 0.93 -18 1.40 0.76 0.55 1.80 1.20 0.6621 - 0.79 - - 1.51 -28 0.67 0.69 1.03 1.09 1.13 1.0433 0.80 0.97 1.21 1.51 1.71 1.1337 0.53 0.57 1.08 0.58 0.93 1.6039 0.50 0.62 1.24 0.53 0.98 1.84

Media aritmtica 0.96 1.15

E= experimental (Carrillo, 2012).

T= analtico, este trabajo.

MUROS DE CONCRETO REFORZADO CON MALLADE ALAMBRE ELECTROSOLDADO

MODELO TRILINEAL

-./= > = 0.21 0.02 0.7523

4356783

-./ =-./

9-./

3 = > + " = M 567 + NOPO5 O 83 MQ 5

6783

R3 = 2.60 0.7523

43

`.ab

3

83 567 0.23 0.75

23

43

Q.XV

23100

= 0.83

= R3

9-./ =23:

(0.5)3=>?.+

1.2HA(0.5)GCAC

E

agrV

mxVuV

agrd mxd ud

OI SV PC

VALIDACIN DE RESULTADOS

4

2

3

1

Lm

Lm

X

Y

Hm

Lm

Distribucin en planta Elevacin

Caractersticas y propiedades de muros analizados (Carrillo, 2007;2008)

Muro 23 (m)43(m)

Y

(m)

ConcretoRefuerzo en el

almaTipo de carga

5 7

(Mpa)=7

(Mpa)5

(Mpa)[3#\(%)

22 2.4 5.40 0.10 20.0 11180.34 491 50

Cclica

23 2.4 2.40 0.10 20.0 11180.34 491 5024 2.4 1.24 0.10 20.0 11180.34 491 5025 2.4 540 0.10 5.20 5700.88 491 5026 2.4 2.4 0.10 28.6 23530.75 491 5027 2.4 1.24 0.10 28.6 23530.75 491 5029 2.4 1.92 0.10 16.0 10000.00 491 5036 1.92 1.92 0.08 24.80 14757.00 491 50

Dinmica38 1.92 1.92 0.08 21.00 9146.00 491 50

Valores tomados de Carrillo (2007) y Carrillo (2008).

ENVOLVENTES DE RESISTENCIA LATERAL DE MUROS

(a) Este estudio (b) Experimentales

Comparacin de envolventes de resistencia lateral de muros

APLICACIN DE LA METODOLOGA

1

2

417 18

8

19

10

73

614 15 16

9

13125

11

7.50m

8.50m1.68 1.03 1.03 1.68 1.41 1.68

Y

X

1.56

0.82

0.82

1.56

3.60

3.60

Propiedades mecnicas de los materiales.Material Propiedad mecnica Resistencia(Mpa)

Concretoc6d 15ed 9682.46

Acero

fg 420eh 200000[O 0.0025O 0.8

Caractersticas generales de la estructura.Caractersticas Datos

Uso OficinasUbicacin Zona III, DFCoeficiente ssmico (c) 0.19Entrepiso 2.50 mEspesor de losa 0.10 mEspesor de muros 0.10 mrea de planta (Ap) 63.75 m2

Carga de servicio azotea (Wa) 530 kg/m2

Carga de servicio entrepiso (We) 650 kg/m2

Peso volumtrico de muro (Wm) 2200 kg/m3

RESULTADOS MUROS REFORZADOS CON BARRAS

Envolventes de resistencia lateral y evolucin de la forma modal

DuctilidadMuros Direccin 11 a 19 X 10.16 4.44 2.811 a 10 Y 11.11 4.79 2.93

0.00

500.00

1,000.00

1,500.00

2,000.00

2,500.00

3,000.00

3,500.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Dezplazamiento (mm)

Direccin Y

Direccin X

0

1

2

3

4

0 0.5 1

N

I

V

E

L

ijkl = mn`b. om`pq

ijkr = aTsb. tonpq

u = m (NTCS-RCDF, 2004)

(a) Nivel 1 y 2.

(b) Nivel 1 y 3. (c) Nivel 1 y 4.

Envolventes de resistencia lateral de los diferentes niveles.

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Dezplazamiento (mm)

Varios muros del nivel 2 tienen carga

lateral mxima

Muros del nivel 2 agrietados

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Dezplazamiento (mm)

Pocos muros del nivel 3 tienen carga lateral

mxima

Muros del nivel 3 agrietados 0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Dezplazamiento (mm)

Varios muros del nivel 4 agrietados

12

417 18

8

19

10

73

614 15 16

9

13125

11

7.50m

8.50m1.68 1.03 1.03 1.68 1.41 1.68

Y

X

1.56

0.82

0.82

1.56

3.60

3.60

2

6

6

.

0

8

2

6

6

.

0

8

2

6

6

.

0

8

4

3

2

.

5

0

4

3

2

.

5

0

4

9

5

.

0

0

2

6

6

.

0

8

2

6

6

.

0

8

2

6

6

.

0

8

1 1 1 2 2 3 1 1 1

11 12 13 14 15 16 17 18 19

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

100

200

300

400

500

600

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Secuencia de falla ante carga lateral

Muro

2

4

6

.

5

0

1

2

7

.

4

0

1

2

7

.

4

0

2

4

6

.

5

0

2

4

6

.

6

0

1

2

7

.

3

0

1

2

7

.

3

0

2

4

6

.

6

0

5

7

2

.

3

0

5

7

2

.

3

0

3 2 2 3 4 1 1 4 5 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

100

200

300

400

500

600

700

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Secuencia de falla ante carga lateral

Muro

Secuencia de falla en muros ante

carga lateral

(a) Direccin X (b) Direccin Y

Envolventes de resistencia lateral y evolucin de la forma modal

DuctilidadMuros Direccin 11 a 19 X 4.92 2.47 1.981 a 10 Y 6.02 2.88 2.18

0.00

500.00

1,000.00

1,500.00

2,000.00

2,500.00

3,000.00

3,500.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Dezplazamiento (mm)

Direccin Y

Direccin X

0

1

2

3

4

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

N

I

V

E

L

MUROS DE CONCRETO REFORZADO CON MALLA ELECTRO SOLDADA

Jvw = 2641.779 xyJvz = 2904.617xy

1. u < u=22.Falla tipo frgil

COMPARACIN DE RESULTADOS

0.00

500.00

1,000.00

1,500.00

2,000.00

2,500.00

3,000.00

3,500.00

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

F

u

e

r

z

a

(

k

N

)

Dezplazamiento (mm)

CONCRETO REFORZADO CON BARRAS

MAMPOSTERIACONFINADA

CONCRETO REFORZADO CON MALLA ELECTRO SOLDADA

57=15[+[=0.0015_*,=2915.82=2.81

_*,=775.78=2.33

57=15[+[=0.0015_*,=2641.779=1.98

En la construccin de viviendas, en algunos casos se utilizan tcnicas que se

basan en criterios exclusivamente ambientales; sin embargo, todas las tcnicas

de construccin deben ser integrales, es decir, tanto el desempeo estructural

como ambiental de la vivienda debe ser satisfactorio.

CONCLUSIONES

Se deben establecer recomendaciones para el anlisis, diseo, construccin y

evaluacin, junto con especificaciones y mtodos de ensayo para verificar el

comportamiento ssmico, el desempeo medioambiental (incluyendo los efectos

de humedad y durabilidad), la resistencia al fuego, as como las propiedades

acsticas y de aislamiento de todos los sistemas constructivos.

Estas recomendaciones son importantes para brindar seguridad,

economa y confort al usuario final de la vivienda, as como para cumplir los

requisitos ambientales de construccin.

CONCLUSIONES

En este estudio se evalu la factibilidad tcnica para la utilizacinde muros de concreto con el fin de promover la construccin de una vivienda sostenible y sismorresistente.

A partir del anlisis de la informacin disponible se comprob que es posible proporcionar a la vivienda de concreto las caractersticassismorresistentes necesarias de acuerdo con el tipo de materiales empleados, la geometra de la estructura y la demanda ssmica sobre los muros.

CONCLUSIONES

El costo unitario de los materiales empleados en los muros deconcreto es superior al de la mampostera tradicional con tabiques,el ahorro econmico y la edificacin sostenible se logran con larapidez de construccin que brinda la utilizacin de muros delgadosfcilmente adaptables al clima, cimbras industriales y mallas dealambre soldado, con el uso de concretos de caractersticasespeciales (ligero, autocompactable y CRFA) y el reciclamientodel concreto para formar nuevos materiales.

CONCLUSIONES

Por lo tanto, la vivienda a base de muros delgados de concretoes segura ante eventos ssmicos, incentiva la conservacin del medio ambiente y promueve la reduccin de los costos de construccin, operacin y mantenimiento.

CONCLUSIONES

MUCHAS GRACIAS