evaluación de comportamiento mecánico del sistema de
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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2020
Evaluación de comportamiento mecánico del sistema de Evaluación de comportamiento mecánico del sistema de
construcción de muros en concreto aligerados con poliestireno construcción de muros en concreto aligerados con poliestireno
expandido, implementando muretes expandido, implementando muretes
Daniel Felipe García Carrión
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EVALUACIÓN DE COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL SISTEMA DE
CONSTRUCCIÓN DE MUROS EN CONCRETO ALIGERADOS CON
POLIESTIRENO EXPANDIDO, IMPLEMENTANDO MURETES.
DANIEL FELIPE GARCÍA CARRÍON
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2020
Evaluación de comportamiento mecánico del sistema de construcción de muros en
concreto aligerados con poliestireno expandido, implementando muretes.
Daniel Felipe García Carrión
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil
Director temático
I.C., MSc., Said Rodríguez Loaiza
Universidad de La Salle
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Civil
Bogotá D.C.
2020
Agradecimientos
El autor Daniel Felipe García Carrión expresa su agradecimiento a:
Todos los docentes con los cuales tuve el privilegio de compartir en las diferentes
aulas, por transmitir su conocimiento, sus enseñanzas y experiencias de vida en su
profesión.
A Said Rodríguez Loaiza Ingeniero Civil por su colaboración, exigencia y apoyo
prestado en todo el desarrollo de este trabajo de investigación.
Dedicatoria
A mi madre, Claudia Inés Carrión Caro, a mi padre, Mario García Ayala, por darme
la vida, por brindarme su amor, su cariño, su confianza, su apoyo, por inculcarme los
hábitos y valores personales, y que, con su esfuerzo y dedicación de cada día, han hecho
posible este logro.
A mis hermanos, Mario Andrés, Jorge Eduardo, Julián David, Diego Mauricio, a
quienes quiero, aprecio, respeto, por todos los momentos compartidos en cada etapa de
nuestras vidas.
A Orina Joly Casallas, que tanto Amo, por su apoyo y compañía.
A mis sobrinos, Santiago, Juliana, Emilio, Luciana, Gabriel, Andrés, que con sus
sonrisas me motivan el día a día.
A mis abuelos Luz Mila Caro y Manuel Graciano Carrión. Primitivo García y
Margarita Ayala, por su humildad y cariño.
A todas las personas que de cierta manera han formaron parte, en cada etapa de mi
vida, y a aquellas que en el trascurso de esta se han ido, ya que desde la eternidad cuento
con su apoyo.
Daniel Felipe García Carrión.
Tabla de Contenido
1. Introducción .............................................................................................................. 15
2. Descripción del problema ......................................................................................... 17 3. Objetivos ................................................................................................................... 19
3.1. Objetivo General ................................................................................................ 19
3.2. Objetivos específicos ......................................................................................... 19
4. Marco referencial ...................................................................................................... 20 4.1. Antecedentes teóricos (estado del arte).............................................................. 20
4.2. Marco teórico ..................................................................................................... 30
4.2.1. Sistema de muros en concreto aligerados con poliestireno expandido ....... 30 4.2.2. Elementos constitutivos del sistema de muros en concreto aligerados con
poliestireno expandido ................................................................................................ 32
4.2.3. Proceso constructivo de una edificación empleando el sistema de muros en
concreto aligeradas con poliestireno expandido. ......................................................... 38 4.2.4. Muros estructurales de concreto reforzado, NSR-10 .................................. 43
4.2.1. Mampostería estructural ............................................................................. 54
4.3. Marco conceptual ............................................................................................... 63
4.4. Marco normativo ................................................................................................ 68
............................................................................................................................. 68
4.4.1. Norma técnica colombiana ......................................................................... 68 4.4.2. Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR 10 ....... 70
5. Materiales y Metodología ......................................................................................... 72 5.1. Materiales ........................................................................................................... 72
5.1.1. Agregado Grueso ........................................................................................ 72 5.1.2. Agregado Fino ............................................................................................ 72
5.1.3. Cemento ...................................................................................................... 73 5.1.4. Agua ............................................................................................................ 73 5.1.5. Concreto ...................................................................................................... 74
5.1.6. Mortero ....................................................................................................... 74 5.1.7. Malla Electrosoldada .................................................................................. 75 5.1.8. Panel de Poliestireno ................................................................................... 76
5.1.9. Formaleta .................................................................................................... 77
5.2. Metodología Experimental ................................................................................ 78
5.2.1. Características de los muretes. .................................................................... 79 5.2.2. Configuración de los muretes. .................................................................... 79 5.2.3. Proceso de construcción de muretes. .......................................................... 80 5.2.4. Caracterización de los materiales ............................................................... 85 5.2.5. Valores teóricos ........................................................................................ 105
6. Análisis de Resultados ............................................................................................ 108 6.1. Peso unitario .................................................................................................... 108
6.2. Comportamiento mecánico del sistema ........................................................... 109
6.2.1. Compresión ............................................................................................... 109 6.2.2. Cortante ..................................................................................................... 116 6.2.3. Relación de Poisson .................................................................................. 123
7. Conclusiones ........................................................................................................... 125 8. Recomendaciones ................................................................................................... 128 9. Bibliografía ............................................................................................................. 130
10. Cibergrafía ............................................................................................................ 135
Lista de Tablas
Tabla 1. Características del panel simple modular. ..................................................... 36 Tabla 2. Características físicas del cemento. ............................................................... 73
Tabla 3. Cantidades en peso para la mezcla de concreto. ........................................... 74 Tabla 4. Cantidades en peso para la mezcla de mortero. ............................................. 75 Tabla 5. Características de los muretes. ....................................................................... 79 Tabla 6. Ensayos de laboratorio para la caracterización de materiales. .................... 85 Tabla 7. Resultados granulometría, arena de rio. ........................................................ 87
Tabla 8. Equivalente de arena. ..................................................................................... 87 Tabla 9. Densidad y adsorción, arena de rio. .............................................................. 88 Tabla 10. Masa unitaria y humedad, arena de rio. ...................................................... 89
Tabla 11. Resultados granulometría, arena de peña. ................................................... 91 Tabla 12. Equivalente de arena. ................................................................................... 91 Tabla 13. Densidad y absorción, arena de peña. ......................................................... 92
Tabla 14. Masa unitaria y humedad, arena de peña. ................................................... 93 Tabla 15. Resultados granulometría, agregado grueso................................................ 94 Tabla 16. Masa unitaria y humedad, agregado grueso. ............................................... 95
Tabla 17. Densidad y adsorción., agregado grueso. .................................................... 96 Tabla 18. Densidad del cemento. .................................................................................. 96
Tabla 19. Notación probetas. ...................................................................................... 108 Tabla 20. Peso unitario de los especímenes. .............................................................. 108 Tabla 21. Deformaciones unitarias de muretes. ......................................................... 114
Tabla 22. Módulos de elasticidad de los muretes en mortero. ................................... 115
Tabla 23. Módulos de elasticidad de los muretes en concreto. .................................. 115 Tabla 24. Deformaciones angulares de los muretes. .................................................. 121 Tabla 25. Módulos de rigidez de los muretes en mortero. .......................................... 122
Tabla 26. Módulos de rigidez de los muretes en concreto. ......................................... 122 Tabla 27. Relación de poisson en muretes. ................................................................. 123
Tabla 28. Comportamiento mecánico en muretes de concreto. .................................. 124 Tabla 29. Comportamiento mecánico en muretes de mortero. ................................... 124
Lista de figuras
Figura 1. Configuración del sistema. ........................................................................... 31 Figura 2. Tipos de Panel .............................................................................................. 35
Figura 3. Panel Simple Modular. ................................................................................. 36 Figura 4. Tipos de mallas de refuerzo.......................................................................... 37 Figura 5. Secuencia de montaje de paneles. ................................................................ 40 Figura 6. Canalización para tuberías. .......................................................................... 41 Figura 7. Proceso constructivo. ................................................................................... 43
Figura 8. Efectos del momento flector y esfuerzo cortante en muros. ........................ 58 Figura 9. Esfuerzo cortante. ......................................................................................... 58 Figura 10. Fuerzas implicadas a esfuerzos cortantes. .................................................. 59
Figura 11. Conectores y alambre dulce para amarre. .................................................. 76 Figura 12. Vista en planta poliestireno expandido. ..................................................... 77 Figura 13. Poliestireno expandido. .............................................................................. 77
Figura 14. Formaleta elaborada in situ. ....................................................................... 77 Figura 15. Esquema murete. ........................................................................................ 79 Figura 16. Esquema murete en planta. ......................................................................... 80
Figura 17. Modelo final de murete. ............................................................................. 80 Figura 18. Granulometría en arena de río. ................................................................... 86
Figura 19. Curva granulométrica, arena de rio. ........................................................... 86 Figura 20. Equivalente de arenas en arena de río. ....................................................... 87 Figura 21. Densidad de la arena de río. ....................................................................... 88
Figura 22. Masas unitarias de la arena de río. ............................................................. 89
Figura 23. Granulometría en arena de peña. ................................................................ 90 Figura 24. Curva granulométrica, arena de peña. ........................................................ 90 Figura 25. Equivalente de arenas en arena de peña. .................................................... 91
Figura 26. Densidad en la arena de peña. .................................................................... 92 Figura 27. Masas unitarias de la arena de peña. .......................................................... 92
Figura 28. Granulometría agregado grueso. ................................................................ 93 Figura 29. Curva granulométrica, agregado grueso. .................................................... 94 Figura 30. Masas unitarias de la grava fina. ................................................................ 94
Figura 31. Masas unitarias de la grava fina. ................................................................ 95 Figura 32. Densidad del cemento. ............................................................................... 96
Figura 33. Cilindro de concreto sometido a compresión. ............................................ 97 Figura 34. Resistencia del concreto de acuerdo con su edad. ...................................... 98
Figura 35. Ensayo de asentamiento para concreto. ...................................................... 98 Figura 36. Cilindro de mortero sometido a compresión. ............................................. 99 Figura 37. Resistencia del mortero de acuerdo con su edad. ..................................... 100 Figura 38. Prueba a tracción en la malla electrosoldada. .......................................... 100 Figura 39. Prueba de compresión en poliestireno expandido. ................................... 102
Figura 40. Esquema de posición de deformímetros. .................................................. 103 Figura 41. Montaje de prueba a compresión en muros de 40 cm x 40 cm. ............... 103 Figura 42. Prueba a compresión en muros de 40 cm x 40 cm. .................................. 104 Figura 43. Esquema de posición deformímetros. ...................................................... 105 Figura 44. Prueba a tracción diagonal en muros de 80 cm x 80 cm. ......................... 105
Figura 45. Configuración final del panel. .................................................................. 108
Figura 46. Formaleta lista para el vaciado de la mezcla. ........................................... 108
Figura 47. Mezclado de los materiales. ..................................................................... 108 Figura 48. Vaciado de la mezcla. ............................................................................... 108 Figura 49. Vibrado en el murete. ............................................................................... 108 Figura 50. Desencofrado de muretes. ........................................................................ 108 Figura 51. Curado de muretes. ................................................................................... 108
Figura 52. Peso unitario promedio de muretes. ......................................................... 109 Figura 53. Ubicación de deformímetros en muros sometidos a compresión. ............ 110 Figura 54. Comportamiento Axial a Compresión. ..................................................... 110 Figura 55. Comportamiento Lateral. ......................................................................... 111 Figura 56. Falla por compresión. ............................................................................... 112
Figura 57. Carga Máxima a Compresión. .................................................................. 112
Figura 58. Esfuerzo a Compresión. ........................................................................... 113 Figura 59. Esfuerzo vs deformación unitaria en muretes sometidos a compresión. .. 114
Figura 60. Posición deformímetros en muretes sometidos a cortante. ...................... 116
Figura 61. Comportamiento a Cortante. .................................................................... 116 Figura 62. Comportamiento Horizontal. .................................................................... 117 Figura 63. Comportamiento lateral. ........................................................................... 118
Figura 64. Falla por cortante. ..................................................................................... 119 Figura 65. Carga Máxima a Cortante. ....................................................................... 119
Figura 66. Esfuerzos Cortante. .................................................................................. 120 Figura 67. Esfuerzo vs deformación angular. ............................................................ 121
Lista de Apéndices
Anexo A. Resultados de ensayos de laboratorio ..................................................... 136
Anexo B. Diseño de mezclas ..................................................................................... 152
Anexo C. Ensayos en cilindros ................................................................................. 163
Anexo D. Resultados de las pruebas de carga en muretes .................................... 168
Anexo E. Registro fotográfico (Archivo digital) .................................................... 195
Anexo F. Análisis de precios unitarios .................................................................... 196
15
1. Introducción
En Colombia, los sistemas y métodos convencionales son la forma tradicional de
construcción de proyectos de vivienda, entre los principales sistemas se encuentran:
sistema de muros de carga, sistema combinado, sistema de pórtico y sistema dual, cada uno
de ellos se subdivide según los tipos de elementos verticales utilizados para resistir las
fuerzas; los materiales estructurales que se emplean generalmente son; concreto
estructural, mampostería estructural, estructura metálica, madera. Las nuevas alternativas
de sistemas constructivos implementan materiales y técnicas no convencionales, capaces
de satisfacer los objetivos de cada proyecto, y adicional a esto, reducir tiempos de
ejecución, materiales, procesos, equipos y recursos.
El diseño, construcción y supervisión técnica de edificaciones en Colombia, debe
someterse a los criterios y requisitos mínimos que se establecen en el Reglamento
Colombiano de Construcción Sismo Resistente, NSR-10. La Comisión Asesora
Permanente es la única facultada para otorgar una autorización que permita el uso de
materiales y métodos alternos de diseño y construcción no previsto en el Reglamento NSR-
10. El sistema de muros aligerados con panel de poliestireno expandido está compuesto por
dos muros de concreto reforzado con malla electrosoldada, los cuales son separados por un
panel de poliestireno expandido y a su vez vinculados por medio de conectores; este
sistema debe cumplir todos los requisitos para muros de concreto, contenidos en el titulo C
del Reglamento NSR-10 (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2017).
16
El emplear mortero como material de recubrimiento, podría alterar la capacidad de
respuesta del sistema ante las diferentes solicitaciones, presentes en su condición de
servicio.
El presente trabajo evalúa el comportamiento mecánico del sistema de construcción de
muros en concreto aligerados con poliestireno expandido mediante ensayos de carga a
compresión y a cortante, en muretes con dos tipologías de material; muretes en concreto y
muretes en mortero, comparando sus resultados.
El desarrollo experimental, se llevó a cabo en los laboratorios de la Universidad de La
Salle (Bogotá D.C., sede Candelaria) y cuenta con la caracterización práctica de todos los
materiales involucrados en el estudio: agregados, concreto, mortero, acero de refuerzo y
poliestireno. Se obtiene por medio de la Maquina Universal de ensayos, una resistencia a la
compresión a los 28 días de; 18 MPa en el concreto, 14 MPa en el mortero, y una
resistencia a la tracción de 468 MPa en el acero, la resistencia del poliestireno es
despreciada. Basados en estos resultados se hallaron los valores nominales esperados, bajo
el Titulo C y el Titulo D del reglamento NSR-10, como referencia, comparándolos con los
resultados obtenidos experimentalmente. Finalmente, en los anexos se encuentra todo lo
concerniente a los diferentes ensayos realizados.
17
2. Descripción del problema
Las nuevas alternativas de sistemas constructivos implementan materiales y técnicas
no convencionales, algunas con el fin de disminuir tiempos de ejecución, materiales,
recursos, procesos, equipos, y por ende el impacto causado al medio ambiente; reduciendo
el peso final de la edificación, así como su tiempo de construcción, para obtener el mejor
resultado a partir de una planificación de la producción y montaje de los elementos, a un
coste menor que los sistemas convencionales.
La Comisión Asesora Permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes
(Creada por la Ley 400 de 1997) pone en conocimiento que el diseño, construcción y
supervisión técnica de edificaciones en el territorio de la República de Colombia debe
someterse a los criterios y requisitos mínimos que se establecen en el Reglamento
Colombiano de Construcción Sismo Resistente, NSR-10. La Comisión Asesora
Permanente es la única facultada para otorgar una autorización que permita el uso de
materiales y métodos alternos de diseño y construcción no previsto en el Reglamento NSR-
10; Para el sistema de muros aligerados con panel de poliestireno expandido La Comisión
considera que no es necesario ningún aval, ni régimen de excepción, ya que el sistema
constructivo en mención está cubierto por el Reglamento NSR-10, pues se trata de
elementos de concreto reforzado consistentes en dos muros de concreto reforzados con
malla electrosoldada y separados por un panel de poliestireno expandido y vinculados con
conectores. Se advierte que los elementos de concreto deben cumplir todos los requisitos
18
de muros de concreto, contenidos en el titulo C del Reglamento NSR-10 (Asociación
Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2017).
Como producto de una mala interpretación o desconocimiento de la normativa vigente
y debido a la carencia de información técnica, investigación, experiencia, seguimiento, y
control; el sistema de muros aligerados con panel de poliestireno expandido se estaría
implementando de manera inadecuada al reemplazar la mezcla de concreto por una mezcla
de mortero, y al aplicar la mezcla manualmente o mecánicamente en capas, dejando un
intervalo de tiempo mayor al del fraguado inicial, entre la aplicación de cada capa, dando a
la posibilidad de que se genere una junta fría por falta de adherencia entre capas, cabe
mencionar que al aplicar la mezcla manualmente se genera desperdicio y este se presta
para ser remezclado y reutilizado alterando las propiedades esperadas; por otro lado,
debido a las ondulaciones presentes en el panel de poliestireno expandido y a la ubicación
de la malla electrosoldada, parte de esta malla queda sin el recubrimiento mínimo exigido,
por dichos motivos se estaría reduciendo la capacidad esperada de respuesta del sistema, a
las diferentes solicitaciones de carga que se puedan presentar.
La presente investigación pretende “Evaluar el comportamiento mecánico del sistema
de construcción de muros en concreto aligerados con poliestireno expandido, en muretes”
centrándose en comparar los resultados obtenidos en pruebas de carga a compresión y a
cortante, con dos tipologías de material; muretes en concreto y muretes en mortero.
19
3. Objetivos
3.1. Objetivo General
Evaluar el comportamiento mecánico del sistema de construcción de muros en
concreto aligerados con poliestireno expandido mediante ensayos de compresión y tracción
diagonal, por medio de muretes en concreto estructural.
3.2. Objetivos específicos
• Definir las ventajas, desventajas y aplicaciones del sistema constructivo según
la literatura existente.
• Evaluar características de los materiales, con el fin de identificar sus
propiedades mecánicas por medio de ensayos de laboratorio.
• Elaborar muretes para simular y ensayar mecánicamente el sistema de muros en
concreto aligerados con poliestireno expandido, con los materiales
seleccionados.
• Determinar el comportamiento mecánico del sistema, por medio de ensayos de
compresión y tracción diagonal.
• Proponer las mejoras al sistema, si da lugar, de acuerdo con los resultados
obtenidos.
• Definir las ventajas, desventajas y aplicaciones del sistema constructivo según
los resultados de los ensayos.
20
4. Marco referencial
4.1. Antecedentes teóricos (estado del arte)
El sistema de muros en concreto aligerado con panel de poliestireno expandido tiene
su origen en Italia en el año 1981, fundado y desarrollado por Angelo Candiracci bajo el
nombre de MONOLITE, pero en 1995 la patente es transformada y adopta el nombre
de Emmedue (Memoria Técnica EMMEDUE,2012). Cuenta con más 35 plantas
industriales de producción instaladas alrededor del mundo y ha obtenido su homologación
en países como: Australia (1990), Puerto Rico (1994), México (1994), Sudáfrica (1997),
Jamaica (1997), Perú (2010), Rumania (2011), Nicaragua (2012), Ecuador (2013),
Republica Dominicana (2014), Estados Unidos (2018).
En Colombia el sistema de muros aligerado con panel de poliestireno expandido se ha
dado a conocer por diferentes marcas como: Icopanel, INGEWALL, Durapanel,
Macropanel, EcoPanel, Panelco, Almapanel, Muro Panel, presentes en el mercado. Es
necesario explorar en las diferentes fuentes de información (artículos, reglamentos, actas,
repositorio, etc.) para conocer el estado actual de aplicación, formas de ejecución, así como
los diversos estudios tanto técnicos como experimentales, que se han llevado a cabo en
nuestro país y fuera de él, relacionados con este sistema.
A continuación, se presentan algunos antecedentes relacionados con el presente
proyecto:
21
Bogotá. Comisión Asesora Permanente Para El Régimen De Construcciones
Sismo Resistentes (Acta N°149, 2018).
Reunión extraordinaria en la cual el presente documento; Pronunciamiento de la
comisión a las consultas recibidas respecto a la resolución 0017 de 2017 expedida por la
comisión, fue aprobado por la Comisión Asesora Permanente para el Régimen de
Construcciones Sismo Resistentes (creada por medio de la Ley 400 de 1997) mediante
votación electrónica cerrada el día 06 de julio de 2018, según consta en el Acta No. 149 de
la Comisión.
Dado que hay gran concordancia temática en las consultas elevadas ante la Comisión
respecto a la Resolución 0017 de 2017 expedida el día 4 de diciembre de 2017 y publicada
en el Diario Oficial No. 50.445 del 12 de diciembre de 2017, la Comisión Asesora
Permanente para el Régimen de Construcciones Sismo Resistentes, en su reunión del día
14 de junio de 2018 y según consta en el Acta No. 148, sometió a aprobación electrónica el
presente documento; Pronunciamiento de la comisión a las consultas recibidas respecto a la
resolución 0017 de 2017 expedida por la comisión, y así mismo el documento anexo;
Diseño y construcción de muros estructurales de concreto reforzado en el reglamento
colombiano de construcción sismo resistente y su trazabilidad normativa, que contiene la
trazabilidad de los requisitos de índole técnica y científica según fueron publicados en las
ediciones anotadas del Diario Oficial de la República de Colombia y sus páginas
correspondientes, incluyendo, además, una serie de comentarios e historia de la norma de
sismo resistencia colombiana.
22
Bogotá. Comisión Asesora Permanente Para El Régimen De Construcciones
Sismo Resistentes (Acta N°140, 2017).
Se recibió consulta del Ingeniero Industrial, LUIS JOAQUIN BARBOSA CORREA,
de la empresa KANGUPOR SAS., quien solicita a la Comisión aval para el sistema
constructivo muro fácil Kangupor. Tratándose de elementos de concreto reforzado
consistentes en dos muros de concreto reforzados con malla electrosoldada y separados por
un panel de poliestireno expandido y vinculados con conectores, el diseño se rige por los
requisitos de muros de concreto, contenidos en el titulo C del Reglamento NSR-10. Como
respuesta la comisión dice: El Capítulo II del Título III de la Ley 400 de 1997 ‘’Otros
Materiales y Métodos Alternos de Diseño y Construcción’’, contiene lo referente al empleo
de materiales y métodos alternos de diseño y construcción, dando las pautas a seguir en los
diferentes casos. De esta manera, la Comisión Asesora es la encargada de emitir el
concepto de homologación de sistemas estructurales, métodos de diseño y materiales que
se salen del alcance del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-
10.
Structural feasibility of Expanded Polystyrene (EPS) based lightweight concrete
sandwich wall panels (Fernando, Jayasinghe, Jayasinghe, 2017).
Se realizaron estudios con el fin de evaluar experimentalmente el comportamiento al
usar poliestireno expandido reciclado mecánicamente como el 50% del panel de
poliestireno expandido revestido con concreto. Los resultados de la investigación muestran
que los paneles con poliestireno expandido se deben utilizar en casas de una planta y
23
muros no portantes en edificios de varios pisos. Finaliza mostrando la ventaja de este
sistema constructivo en cuanto a peso y reducción en el tiempo de construcción.
Bogotá. Comisión Asesora Permanente Para El Régimen De Construcciones
Sismo Resistentes (Acta N°130, 2016).
Se recibió comunicación del Señor CESAR FELIPE CORDOBA, de la Empresa
EMMEDUE S.p.A., quien solicita a la Comisión le sean referidos a nombre de la empresa
Emmedue S.p.A los documentos respuesta CAP-244-2011 y CAP-274-2011 dados en su
momento a Durapanel. En respuesta a la consulta, la Comisión se pronuncia así: La
comisión reitera la respuesta dada en su momento, que, para el sistema constructivo en
mención, está cubierto por el Reglamento NSR-10, pues se trata de elementos de concreto
reforzado consistentes en dos muros de concreto reforzados con malla electrosoldada y
separados por un panel de poliestireno expandido y vinculados con conectores. Se advierte
que los elementos de concreto deben cumplir todos los requisitos de muros de concreto,
contenidos en el Reglamento NSR-10, con especial cuidado en las cuantías de refuerzo, los
recubrimientos mínimos de concreto de los refuerzos y los espesores mínimos que se
evaluarán con la suma de los dos muros adyacentes, siempre y cuando existan los
conectores. La comisión hace notar que este concepto no exime de ninguna manera alguna
el trámite ante la curaduría o las oficinas de planeación encargadas de otorgar las licencias
de construcción. Para el cumplimiento del espesor mínimo especificado en el numeral
C.14.6 del reglamento NSR-10, se puede considerar la suma del espesor de los paneles de
concreto y el poliestireno entre ellos, siempre y cuando se cuente con los conectores de
24
acero que vinculan los dos paneles de concreto. Además, la Comisión recomienda revisar
y documentar la información relevante con respecto a los parámetros y certificaciones de la
protección contra el fuego del sistema constructivo, de acuerdo con los títulos J y K del
reglamento NSR-10. En otra consulta, se recibió comunicación del Señor JUAN FELIPE
JARAMILLO, de la empresa INDUSTRIAL CONCONCRETO S.A., quien solicita un
régimen de excepción para el sistema constructivo Durapanel. En respuesta a la consulta, la
Comisión se pronuncia así: El Capítulo II del Título III de la Ley 400 de 1997 ‘’Otros
Materiales y Métodos Alternos de Diseño y Construcción’’, contiene lo referente al empleo
de materiales y métodos alternos de diseño y construcción, dando las pautas a seguir en los
diferentes casos. De esta manera, la Comisión Asesora es la encargada de emitir el
concepto de homologación de sistemas estructurales, métodos de diseño y materiales que
se salen del alcance del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-
10.
Quito. Evaluación de productividad en el sistema portante hormi2 de paneles de
hormigón armado con núcleo de poliestireno expandido mediante el uso de
formaletas (Orozco, Puente, 2016).
Evalúa la productividad del sistema “hormi2” con dos procesos de construcción
diferentes: el usado actualmente que consiste en la proyección de mortero como terminado
y el que se busca implementar a futuro, mediante el vertido de mortero utilizando
formaletas como encofrado. La construcción de 1 m2 del sistema hormi2 mediante vertido
de mortero tomó 47 minutos, mientras que el mismo con proyección de mortero tardó 72
25
minutos. El costo de 1 m2 de este sistema con mortero vertido cuesta 89.97 dólares
mientras que el mismo metro cuadrado con mortero proyectado es 36.19 dólares más
económico que el mortero vertido.
Norma Ecuatoriana de la construcción NEC. (NEC-SE- Vivienda 2015).
La NEC en el capítulo de vivienda establece los requisitos mínimos para el análisis,
diseño y construcción de viviendas sismo resistentes de hasta 2 pisos con luces de hasta 5.0
metros. En la sección de sistemas estructurales se habla de muros de mortero u hormigón
armado con alma de poliestireno expandido donde son usados como muros portantes,
especificando que la aplicación del mortero u hormigón debe ser mediante equipos de
proyección, en dos capas con un intervalo de tiempo no mayor a 8 horas, esto para evitar la
formación de una junta fría.
Envigado. Construcción modular para V.I.P unifamiliares en Colombia (Elorza,
Toro, 2015).
Su metodología se basa en el ensamble de módulos prefabricados en concreto
compuesto con poliestireno expandido empleando la menor cantidad de recursos, con la
finalidad de disminuir el porcentaje de desperdicios, optimizar procesos y actividades
constructivas y estimar tiempos y costos de estas viviendas unifamiliares. Este sistema de
módulos prefabricados con concreto compuesto tiene un buen comportamiento estructural
para edificaciones de un solo piso. Se obtuvieron costos competitivos en el mercado,
tiempos de construcción más cortos que las construcciones convencionales.
26
Bogotá. Evaluación técnica y análisis costo/beneficio para la implementación del
sistema constructivo DURAPANEL para proyectos de vivienda, comerciales,
institucionales e industriales (Buitrago, 2014).
Expone un análisis de costo/beneficio y la evaluación técnica del sistema constructivo
DURAPANEL el cual consiste en muros aligerados con panel de poliestireno expandido en
su núcleo, con la finalidad de que las empresas de la construcción puedan emplear este
sistema constructivo en lugar de mampostería y pañete para sus proyectos. Los
rendimientos con DURAPANEL disminuyen de 60% a 40%, hay una reducción del 10%
en cuanto a desperdicio de materiales. Para 1 m2 de mampostería y pañete el valor de venta
es de $148.416 mientras que con el sistema constructivo alterno tiene un costo de $154.203
el m2. El sistema constructivo DURAPANEL es más costoso, pero tiene mayores
beneficios.
Nicaragua. Ayudas de diseño para sistemas portantes EMMEDUE de paneles de
hormigón armado con núcleo de E.P.S. (Palacios, Torres, Torres, 2013).
Proporciona la metodología de diseño para elementos estructurales tales como losas y
muros a base de paneles de poliestireno expandido (EPS) de la empresa EMMEDUE. El
uso de paneles a base de poliestireno expandido para viviendas de hasta dos pisos es viable
ya que se comprueba que la resistencia a diversas solicitaciones es adecuada y se ajusta al
comportamiento diseño. Y finalmente para que sea posible garantizar el correcto
funcionamiento de este sistema constructivo, es necesario que la aplicación de los
27
elementos tales como los paneles, mallas electrosoldadas, anclajes, entre otros, se adapten
y sigan lo establecido en el manual del operador.
Bogotá. Comisión Asesora Permanente Para El Régimen De Construcciones
Sismo Resistentes (Acta N°119, 2013).
Se recibió comunicación remitida por el Ministerio de Vivienda del señor JOSÉ
IGNACIO LOZANO GUZMAN, alcalde de Leticia, quien solicita información respecto al
sistema constructivo EMMEDUE-M2. En respuesta a la consulta, la Comisión se
pronuncia así: “El sistema EMMEDUE-M2 no se encuentra homologado al Reglamento
NSR-10 a la fecha. La Comisión no cuenta con información técnica de este sistema, esta
información debe ser enviada a la Comisión por el fabricante. Sin contar con dicha
información La Comisión no se puede pronunciar por la idoneidad o no del sistema
EMMEDUE-M2”
Bogotá. Comisión Asesora Permanente Para El Régimen De Construcciones
Sismo Resistentes (Acta N°103, 2013).
Se recibió comunicación de la Constructora P.C.U. SAS, quienes solicitan aclaración
respecto a si el sistema de paneles de concreto con malla electrosoldada separados por
paneles de poliuretano y vinculados por conectores metálicos pueden diseñarse siguiendo
los requisitos de mampostería reforzada externamente y en cualquier caso cuales deben ser
los recubrimientos utilizados para las mallas electrosoldadas. La Comisión estudia la
consulta y se pronuncia así: El sistema estructural descrito, tal y como consta en el Acta
28
N°95 cuando se especificó que no era necesario un régimen de excepción, debe diseñarse
cumpliendo todos los requisitos de muros de concreto, contenidos en el Título C del
Reglamento NSR-10, con especial cuidado en las cuantías de refuerzo, los recubrimientos
mínimos de concreto de los refuerzos y los espesores mínimos que se evaluarán con la
suma de los dos muros adyacentes, siempre y cuando existan los conectores. El
recubrimiento de las mallas electrosoldadas debe ser de 20 mm para concreto no expuesto
a la intemperie ni en contacto con el suelo y de 40 mm en los casos contrarios.
Otra consulta dice: Sistemas de paneles de poliuretano interior con recubrimiento de
concreto estructural por los dos lados: aun cuando la Comisión ya se pronunció al respecto
conceptuando que este tipo de sistemas no requieren homologación, se considera
importante precisar los siguientes parámetros para evitar interpretaciones erradas como
pretender diseñar este sistema de acuerdo con el Título D, Mampostería Reforzada
externamente. Los principales parámetros que se considera deben precisarse son: espesor
mínimo de las paredes, recubrimientos mínimos, especificaciones mínimas de concreto y
acero, valores de Ro y garantía de resistencia al fuego. Respuesta: La Comisión reitera que
este sistema estructural debe diseñarse cumpliendo todos los requisitos de muros de
concreto, contenidos en el Título C del Reglamento NSR-10, con especial cuidado en las
cuantías de refuerzo, los recubrimientos mínimos de concreto de los refuerzos y los
espesores mínimos que se evaluarán con la suma de los dos muros adyacentes, siempre y
cuando existan los conectores. El recubrimiento de las mallas electrosoldadas debe ser de
20 mm para concreto no expuesto a la intemperie ni en contacto con el suelo y de 40 mm
29
en los casos contrarios. Las paredes deben ser del espesor adecuado para cumplir con estos
recubrimientos exteriores. La calidad del concreto y el acero debe ajustarse a los mínimos
exigidos para estos materiales en el Título C del reglamento NSR-10. Finalmente, el
sistema debe garantizar la resistencia mínima al fuego prescrita en el Título J, que para el
caso de vivienda es de una hora.
Medellín. Sistemas constructivos y estructurales aplicados al desarrollo
habitacional (Perea, 2012).
Tiene por objeto dar a conocer el uso de diversos sistemas constructivos
estructurales existentes tales como: paneles con núcleo en poliestireno expandido unido
con una malla electrosoldada, casas prefabricadas en madera, casas prefabricadas con
fachadas verdes, placas de yeso, entre otras, mostrando la producción masiva de viviendas
de bajo costo como un modelo base para el diseño y ejecución de cada uno de ellos. Para
que todos estos sistemas constructivos con muros o losas prefabricadas sean viables, deben
ser industrializados, es decir, deben existir por medio de procesos industrializados de
fabricación en serie, que logren hacer eficiente el uso de los prefabricados y de los nuevos
sistemas.
Ecuador. Factibilidad del uso del sistema constructivo M2 aplicado en viviendas
de la ciudad de Loja (Maldonado, 2010).
Establece si el sistema constructivo M2 (paneles modulares) aplicado, es
beneficioso y económicamente rentable. Este sistema al ser autoportante tiene limitación
30
en cuanto al número de pisos que se vayan a construir, no existen normativas específicas
que rijan la construcción con sistemas alternativos; presenta un mejor confort acústico
debido al poliestireno expandido. Por último es mostrado que existe un ahorro del 15 % en
el costo y un 40% en tiempo de ejecución de obra.
4.2. Marco teórico
4.2.1. Sistema de muros en concreto aligerados con poliestireno expandido
El sistema constructivo en mención está cubierto por el Reglamento NSR-10, pues se
trata de elementos de concreto reforzado consistentes en dos muros de concreto reforzados
con malla electrosoldada y separados por un panel de poliestireno expandido y vinculados
con conectores. Los elementos de concreto deben cumplir todos los requisitos de muros de
concreto, contenidos en el titulo C del Reglamento NSR-10, con especial cuidado en las
cuantías de refuerzo, los recubrimientos mínimos de concreto de los refuerzos y los
espesores mínimos que se evaluarán con la suma de los dos muros adyacentes, siempre y
cuando existan los conectores (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2016) Para
dar solución a la problemática planteada dado que se está empleado el mortero, este será
cobijado por el título D del Reglamento NSR-10 así como los métodos de ensayo para
determinar la resistencia del sistema en general, independientemente del material; ya que
por su condición de muro se experimentará como mampostería. Dado que no hay claridad
en cuanto a la cantidad y ubicación de los conectores se adoptará lo especificado en D.12,
las mallas se pueden anclar colocando conectores de barras o alambres de acero con
diámetro mínimo de 4.5 mm, de tal manera que atraviesen el muro de mampostería y
31
abracen con un gancho de 90° en cada extremo a las 2 mallas electrosoldadas; el número
mínimo será de cuatro (4) por metro cuadrado. Las mallas se deben amarrar a los
conectores utilizando alambre galvanizado número 16 (diámetro igual a 1.3 mm),
(Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010). En esta investigación se elaboraron
8 muretes en concreto estructural y 8 muretes en mortero, esto con el fin de someterlos a
pruebas de carga de compresión y de cortante, para comparar su comportamiento; dado que
el proceso constructivo del sistema en obra sugiere una proyección neumática de la mezcla
en dos capas con un intervalo de tiempo no mayor a 8 horas, esto para evitar la formación
de una junta fría, se optó por el sistema de encofrados para tener un entorno más
controlado y seguro, ya que no se dispone del equipo para realizar la proyección neumática
de la mezcla.
En la figura 1 se observa la configuración del sistema visto en planta, donde a es el
espesor nominal de la lámina de poliestireno expandido, b es la distancia de cresta a cresta
del poliestireno expandido, c es el espesor de la capa de mortero estructural y d es el
espesor final del muro.
Figura 1. Configuración del sistema.
Fuente: Sistema panel simple https://docplayer.es/13878692-Manual-tecnico-de-construccion-sistema-
constructivo-m2.html recuperado 15-02-2019.
32
4.2.2. Elementos constitutivos del sistema de muros en concreto aligerados con
poliestireno expandido
Poliestireno Expandido.
El Poliestireno expandido es un material creado a partir del estireno. El estireno es
un monómero (molécula con masa molecular de 104,15g/mol), que se obtiene del petróleo
y que también está presente en algunos alimentos como el trigo, las fresas, la carne y el
café. El poliestireno expandido se obtiene mediante la polimerización del estireno en
presencia de un agente expansor como lo es el pentano. Este, antes de la expansión,
aparece bajo forma de gránulos de aspecto vidrioso (perlas), con una granulometría que
varía de 0,3 mm a 2,8 mm (Emmedue, 2010).
El poliestireno de composición química (CH(C6H5)-CH2), está compuesto por
estireno, etilbenceno, etileno y benceno, tiene una densidad que varía entre 10 y 15 kg/m3,
cortado en fábrica y de superficie ondulada ver figura 1. Para Colombia este debe cumplir
con la Norma Técnica Colombiana (NTC) 1359 y su capacidad portante en el sistema es
despreciada. El poliestireno expandido brinda la rigidez necesaria al panel para facilitar su
instalación y manipulación, además de aportar sus propiedades como aislante térmico y
acústico, siendo así la transmisión de calor de 0,7 W/m2°K en un espesor de 10 cm,
comparable a un muro de ladrillos de 80 cm. (Maldonado, 2010). El poliestireno expandido
es más conocido en Colombia como “ICOPOR” que corresponde con la abreviatura del
nombre de una antigua fábrica llamada “Industria Colombiana de Porosos”.
33
Acero de refuerzo
El sistema emplea malla electrosoldada, compuesta por alambres lisos de acero
galvanizado, calibre 14, colocada en ambas caras del alma de poliestireno, unidas entre sí
por conectores del mismo material, los diámetros varían desde 2.00 mm hasta 4.00 mm
según el tipo de panel y la dirección considerada, con similares características. En
Colombia según el reglamento NSR-10, el refuerzo debe ser corrugado, de acero de baja
aleación que cumplan con la norma NTC 2289 (ASTM A706M), se permite el refuerzo liso
solo en estribos, espirales o tendones, y refuerzo de repartición y temperatura. La soldadura
de barras de refuerzo debe hacerse de acuerdo con la norma NTC 4040 (AWS D1.4). Las
barras de refuerzo galvanizadas deben cumplir con la norma NTC 4013 y la norma NTC
3320, así como el refuerzo electrosoldado de alambre corrugado debe cumplir con la
norma NTC 2310 (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010), siendo este último
el empleado en la presente investigación. La malla de acero siempre deberá sobresalir del
borde del panel para permitir su traslapo con la siguiente, ver figura 3, y de esta forma
lograr que el sistema trabaje como una membrana modular (Maldonado, 2010).
Concreto
Mezcla plástica de materiales cementantes, agregado fino, agregado y agua, usado para
aportar resistencia y rigidez al sistema constructivo de muros aligerados. También es usado
para confinar la lámina de poliestireno expandido. El concreto simple, así como el concreto
reforzado y el concreto ciclópeo, deben cumplir la norma NTC 174 de 2018 y lo
establecido en el Título C – Concreto Estructural del Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente NSR-10.
34
Mortero
Mezcla plástica de materiales cementantes, agregado fino y agua, usado para dar
acabado liso a los muros de mampostería. Los morteros de recubrimiento, así como los de
pega, utilizados en construcciones de mampostería deben cumplir la norma NTC 3329
(ASTM C270) y lo establecido en el Título D del Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente NSR10 en la sección D.3.4, de acuerdo con su
clasificación; Debe tener la adecuada plasticidad, consistencia y ser capaz de retener el
agua mínima para la hidratación del cemento y, además, garantizar su adherencia para
desarrollar su acción cementante.
Panel
Se entiende por panel a la combinación del núcleo central de poliestireno expandido
ondulado, con malla electrosoldada por cada cara de este, unidas mediante conectores.
Estos paneles presentan una diferente tipología, la cual es relativa a sus campos de
aplicación. Por lo que básicamente el espesor del panel se determina con base al
aislamiento térmico y comportamiento estructural requerido. Resultando que un panel de
10 cm de espesor, con un espesor de 4 cm de núcleo de poliestireno expandido con una
densidad de 15 kg/m3 y un espesor de capa de mortero de 2,5 cm a 3,5 cm a cada lado para
muros de carga; equivale térmicamente a una pared de ladrillos normales de 64 cm de
espesor (Emmedue, 2008). En la figura 2 se observan diferentes tipos de panel según su
uso; Para efectos de esta investigación es empleado el panel simple modular.
35
Figura 2. Tipos de Panel
Fuente: Tipos de panel http://www.panelconsa.com/wp-content/uploads/2016/04/Manual-Tecnico-
EMMEDUE-M2-R10.pdf recuperado 26-02-2019.
Panel Simple Modular (PSM).
Este tipo de panel es utilizado como estructura de muros de carga para construcciones
de 4 a 6 pisos, entrepisos y losas de cubierta con luces de hasta 5m. El PSM viene en un
tamaño de 2,40 m por 1,20 m. Para paredes estructurales el espesor mínimo de poliestireno
es de 4 cm, con una capa de mortero de 3,5 cm a cada lado y con una resistencia a la
compresión a los 28 días de 2000 psi. (Emmedue, 2008). Cabe aclarar que este sistema
constructivo actualmente en Colombia no utiliza concreto en la construcción de los muros,
en su lugar, emplea mortero. En la figura 3 se puede observar el panel simple modular.
36
Figura 3. Panel Simple Modular.
Fuente: Sistema constructivo Emmedue, Especificaciones técnicas, (2012) pág.7.
Este tipo de paneles también es utilizado en la construcción de muros divisorios con un
espesor terminado de al menos 9 cm, el cual está conformado por un núcleo de poliestireno
de 4 cm de espesor y un revestimiento de mortero de 2.5 cm de espesor a cada lado. La
resistencia a la compresión a los 28 días del mortero que recubre este panel es de 90
kg/cm2. En la tabla 1 se dan a conocer algunas características del panel simple modular.
Tabla 1.
Características del panel simple modular.
Fuente: Sistema constructivo Emmedue, Especificaciones técnicas, (2012)
Mallas complementarias de refuerzo
El sistema de muros en concreto aligerados con poliestireno expandido trabaja como
un sistema de membranas modulares, es decir, que todo el sistema funciona como un solo
De conexión
Φ (mm)Separación
(mm)Φ (mm)
Separación
(mm)Φ (mm)
Esfuerzo de
fluencia
(kg/cm2)
Esfuerzo de
rotura
(kg/cm2)
2,5 ó 3,5 6120 6935 15 4 a 30 11 a 36
Poliestireno expandido
Densidad
(kg/m3)Espesor (cm)
Espesor final
(cm)
Nombre del
panel
Acero
Longitudinal Transversal Características
Panel simple
modular 65 2,5 65 3
37
módulo. La malla de refuerzo es fabricada con acero galvanizado con el fin de reducir el
riesgo de corrosión en el acero, con un diámetro de 2.5 mm a 4 mm, utilizándose para
reforzar vanos de puertas o ventanas, encuentros en ángulo entre paneles, daños por la
instalación de redes hidráulicas, eléctricas, entre otras, dando continuidad a la malla
estructural. Estas mallas se fijan al panel mediante amarres realizados con alambre de
acero en forma mecánica o manual (Emmedue, 2008). Los tipos de mallas de refuerzo se
muestran en la figura 4.
Figura 4. Tipos de mallas de refuerzo.
Fuente: Sistema constructivo Emmedue, Especificaciones técnicas, (2012) pág.14.
Malla angular de refuerzo (RG1).
Esta malla tiene un diámetro de 2.5 mm, cubre las uniones angulares entre paredes,
pared con losa, losa de entrepiso con pared, losa de cubierta con pared y entre paneles de
cubierta. Se fija a los paneles con alambre de amarre de acero #18 o grapas de amarre
(Maldonado, 2010).
38
Malla perfilada tipo “U” (RU).
Esta malla es del mismo material y diámetro que la malla RG1, es usada en los filos
que dejan los vanos para la colocación de puertas y ventanas; o en aquellos paneles que
queden expuestos, el espesor es variable de acuerdo con el tipo de panel a cubrir, se fija a
estos con alambre de amarre de acero #18 o grapas de amarre (Maldonado, 2010).
Malla plana (RG2).
Este tipo de mallas se utiliza como refuerzo (a 45°) de los vértices de los vanos,
reconstituye mallas cortadas y empalma paneles entre sí. La cantidad necesaria es de 2
unidades por puerta y 4 unidades por ventana (Emmedue, 2008).
Malla entera de refuerzo (RZ).
Su principal uso es para reconstruir mallas de paneles curvados, sin embargo, este tipo
de malla puede ser utilizada para aplicaciones varias, según lo considere el profesional
(Maldonado, 2010).
4.2.3. Proceso constructivo de una edificación empleando el sistema de muros
en concreto aligeradas con poliestireno expandido.
Cimentación
Antes de iniciar las obras de cimentación se debe verificar todos los trabajos
preliminares de la obra como lo son el desmonte, la limpieza, la nivelación, que la
resistencia del suelo sea la apropiada, replanteo, entre otros. Luego de esto se comienza el
proceso de excavación para las vigas de cimentación, seguido del corte y amarre del acero
de estas. Para finalizar con el vaciado del concreto con una resistencia recomendada de
3000 psi (Emmedue, 2008).
39
Anclaje de muros a cimentación
Para realizar el anclaje de los muros a la cimentación, se recomienda trazar líneas de
anclaje para las varillas sobre la viga de fundación, utilizando objetos de color como los
son la pintura y las tizas; Posterior a esto se deben marcar las líneas de acabado de paredes
sobre viga de fundación y por último marcar los puntos de perforación sobre las líneas de
anclaje en la viga de fundación (Emmedue, 2008).
En la siguiente etapa del anclaje de los muros se procede a perforar la viga de
cimentación sobre las líneas de anclaje de manera manual, para esto se recomienda iniciar
la perforación una vez que la losa de cimentación haya fraguado y adquirido una
resistencia a la compresión de ± 40% f’c, se recomienda varillas de anclaje de diámetro no
mayor a 6.00 mm (Emmedue, 2008).
El procedimiento para la colocación de las varillas de anclaje es presentado a
continuación:
• Se preparan las varillas, el orificio de colocación y el material epóxico de
adherencia acero concreto.
• Cortar varillas de acero de diámetro no mayor de 7.01 mm.
• Limpiar el orificio dejándolo libre de partes sueltas u otras materias extrañas.
• Se prepara el material epóxico (que cumpla la norma ASTM C-881: Standard
Specification for Epoxy-Resin-Base Bonding System for Concrete), siguiendo
las instrucciones y recomendaciones del fabricante.
40
Montaje de paneles
Se inicia con la limpieza del área de trabajo y corrigiendo (si es necesario) la
verticalidad de las varillas de anclaje, seguido a esto, se realiza el armado mediante
colocación sucesiva de paneles de la siguiente manera:
• La colocación de los paneles es iniciada desde una esquina de la edificación,
figura 5.
• Se adicionan de manera sucesiva los paneles hacia los dos sentidos,
considerando la verticalidad de las ondulaciones y la correcta superposición
del traslapo de las mallas de acero.
• Una vez estén las mallas con el traslapo en correcta superposición, son
amarradas las mallas mediante procedimiento manual con alambre dulce.
• Se cortan los a la medida, paneles para dejar espacios de ventanas y puertas.
(Emmedue, 2008).
Figura 5. Secuencia de montaje de paneles.
Fuente: Sistema constructivo Emmedue, Especificaciones técnicas, (2012) pág.25.
41
Aplomado y apuntalamiento de paneles
Mediante el uso de reglas, puntales y niveles verticales, se procede a aplomar las
paredes por la parte posterior a la cara que va a ser proyectada con hormigón. Posterior a
esto se ubican los puntos de apuntalamiento a 2/3 de la altura de la pared. Cuando las
paredes son muy esbeltas y delgadas o no poseen arriostramiento transversal, es
conveniente hacer dos apuntalamientos, a 1/3 y a 2/3 de la altura (Emmedue, 2008).
Instalación de redes hidráulica y eléctrica.
Mediante una pistola de calor se realizan las canalizaciones por donde quedaran las
tuberías hidráulicas, eléctricas y de gas, figura 6. Los tubos flexibles pueden colocarse de
manera sencilla por debajo de la malla electrosoldada mientras que los tubos rígidos
pueden requerir cortar la malla. En este último caso se deberá reconstruir la zona con una
malla de refuerzo plana en el área (Emmedue, 2008). Se deben aislar las tuberías de cobre
para no permitir el contacto con la malla electrosoldada, forrándolas con algún material
aislante, evitando la conducción eléctrica entre estos dos metales diferentes.
Figura 6. Canalización para tuberías.
Fuente: Sistema constructivo Emmedue, Especificaciones técnicas, (2012) pág.26.
42
Proyección del concreto sobre los paneles
Verificar paredes antes del lanzado del concreto: Aplomado de las paredes, escuadras,
colocación de las mallas de refuerzo, colocación de guías o maestras en puntos de
referencia (construidas con hormigón proyectado, metálicas o de madera), colocación y
aislamiento de cajas de electricidad, limpieza de paneles. En cuanto al equipo, se debe
seleccionar entre lanzado continuo o discontinuo, en función de las características de la
obra y otras variables como tiempo y costo.
Realizar el hormigón en base al diseño de mezcla previamente realizado, luego se
deben elaborar cilindros de prueba, para conocer y verificar la resistencia que tendrá el
hormigón que va a ser utilizado para la proyección en los paneles.
Se recomienda lanzar el hormigón sobre los paneles en dos capas: la primera para
cubrir la malla electrosoldada y alcanzar un espesor aproximado de 2 cm. La segunda capa
se deberá proyectar aproximadamente 3 horas después de la primera, hasta alcanzar un
espesor de 3 cm. El tiempo máximo entre capas no es recomendable que exceda las 8 horas
(Emmedue, 2008). El lanzado se ejecuta de abajo hacia arriba, colocando la boca de los
elementos de salida de mortero a una distancia aproximada de 10 cm de la pared.
Curado
El proceso de curado consiste en humedecer continuamente las paredes con manguera
o bomba de aspersión, como mínimo los 4 primeros días luego de la proyección del
hormigón. El curado depende de las condiciones ambientales de la zona de implantación de
43
las edificaciones (Emmedue, 2008). En la figura 7, un diagrama de flujo para este proceso
constructivo:
Figura 7. Proceso constructivo.
Fuente: El autor.
4.2.4. Muros estructurales de concreto reforzado, NSR-10
El reglamento NSR-10 en su Título B - Cargas, Capítulo B.1 - Requisitos Generales,
B.1.1 - Alcance dice; que el presente Título nos da los requisitos mínimos que deben
cumplir las edificaciones con respecto a cargas que deben emplearse en su diseño,
diferentes a las fuerzas o efectos que impone el sismo. Para que una estructura sismo
resistente cumpla adecuadamente su objetivo, debe ser capaz de resistir además de los
efectos sísmicos, los efectos de las cargas prescritas en el presente Título. El diseño de los
44
elementos que componen la estructura de la edificación debe hacerse para la combinación
de carga crítica. Adicional a esto en B.1.2 - Requisitos Básicos, B.1.2.1 también nos dice
que la estructura y todas sus partes deben cumplir, además de las prescripciones dadas en
el Título A por razones sísmicas, los siguientes requisitos: B.1.2.1.1 - Resistencia; la
estructura de la edificación y todas sus partes deben diseñarse y construirse para que los
materiales utilizados en la construcción de los elementos y sus conexiones puedan soportar
con seguridad todas las cargas contempladas en el presente Título B de la NSR-10 sin
exceder las resistencias de diseño cuando se mayoran las cargas por medio de coeficientes
de carga, o los esfuerzos admisibles cuando se utilicen las cargas sin mayorar. (Asociación
Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010).
También describe en su Título C - Concreto Estructural, Capítulo C.1 - Requisitos
generales, C.1.1.10 –Disposiciones para resistencia sísmica, C.1.1.10.1 que la asignación
de la capacidad de disipación de energía empleada en el diseño sísmico de una estructura
está regulada por el Título A de la NSR-10. La capacidad de disipación de energía en el
rango inelástico durante la respuesta ante un sismo de las estructuras de concreto
estructural diseñadas de acuerdo con los requisitos del Título C del Reglamento NSR-10,
está definida de la siguiente manera:
• Capacidad de disipación de energía mínima (DMI). Cuando los elementos de
concreto estructural se diseñan de acuerdo con los requisitos de los Capítulos
C.1 a C.19 de este Reglamento, además de los requisitos aplicables para este
tipo de estructuras presentados en el Capítulo C.21.
45
• Capacidad de disipación de energía moderada (DMO). Cuando los elementos
de concreto estructural se diseñan de acuerdo con los requisitos de los
Capítulos C.1 a C.19 y además cumplen los requisitos especiales que para
estructuras con capacidad de disipación de energía moderada prescribe el
Capítulo C.21 de este Reglamento.
• Capacidad de disipación de energía especial (DES). Cuando los elementos de
concreto estructural se diseñan de acuerdo con los requisitos de los Capítulos
C.1 a C.19 y además cumplen los requisitos adicionales que para estructuras
con capacidad de disipación de energía especial prescribe el Capítulo C.21 de
este Reglamento.
En C.1.1.10.2 se establece que todas las estructuras deben cumplir con los requisitos
aplicables del Capítulo C.21 (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010).
Requisitos sobre muros en NSR-10
Los muros en concreto están regidos por el Capítulo C.10-Flexión y carga axial,
Capítulo C.11-Cortante y torsión, Capítulo C.14-Muros, Capítulo C.21-Requisitos
especiales para diseño sísmico.
Requisitos generales del refuerzo en muros
• En C.7.7-Proteccion de concreto para el refuerzo, C.7.7.1-concreto construido
en sitio (no preesforzado), el inciso (c) nos dice que el recubrimiento para
muros que no estén expuestos a la intemperie ni en contacto con el terreno no
debe ser menor a 20 mm.
46
• La máxima separación del refuerzo está dada por; C.14.3.5 - El refuerzo
vertical y horizontal debe espaciarse a no más de tres veces el espesor del
muro, ni de 450 mm.
• Las cuantías mínimas en muros están dadas por: C.14.3.1-El refuerzo mínimo
vertical y horizontal debe cumplir con C.14.3.2 y C.14.3.3 a menos que se
requiera una cantidad mayor por cortante, de acuerdo con C.11.9.8 y C.11.9.9.
C.14.3.2-La cuantía mínima para refuerzo vertical , es: (a) 0.0012 para barras
corrugadas con diámetro menor o igual al de la barra Nº 5 (5/8”) ó 16M
(16mm), con fy mayor o igual a 420MPa. (b) 0.0015 para otras barras
corrugadas, o (c) 0.0012 para refuerzo electrosoldado de alambre (liso o
corrugado) no mayor de MW200 ó MD200 (16 mm de diámetro).
C.14.3.3-La cuantía mínima para refuerzo horizontal t, es: (a) 0.0020 para
barras corrugadas no mayores que Nº 5 (5/8”) ó 16M (16 mm), con fy no menor
que 420MPa, o (b) 0.0025 para las otras barras corrugadas, o (c) 0.0020 para
refuerzo electrosoldado de alambre (liso o corrugado) no mayor de MW200 ó
MD200 (16 mm de diámetro).
• C.14.3.6-El refuerzo vertical no necesita estar confinado por estribos laterales
cuando el refuerzo vertical no es mayor de 0.01 veces el área total de concreto,
o cuando el refuerzo vertical no se requiere como refuerzo de compresión.
(Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010).
47
Muros como miembros a compresión
En C.14.4 encontramos que con excepción en lo dispuesto en C.14.5 - Método
empírico de diseño (no sísmico), los muros sometidos a carga axial o combinación de carga
axial y de flexión deben diseñarse como elementos a compresión de acuerdo con las
disposiciones de C.10.2.
C.10.2 – Suposiciones de diseño:
El diseño por resistencia de elementos sometidos a flexión y cargas axiales debe
satisfacer las condiciones de equilibrio y de compatibilidad de deformaciones y debe
basarse en las siguientes hipotesis:
• Las deformaciones unitarias en el refuerzo y en el concreto deben suponerse
directamente proporcionales a la distancia desde el eje neutro.
• La máxima deformación unitaria utilizable en la fibra extrema sometida a
compresión del concreto se supone igual a 0.003.
• El esfuerzo en el refuerzo cuando sea menor que y fy debe tomarse como Es
veces la deformación unitaria del acero. Para deformaciones unitarias mayores
que las correspondientes a y fy, el esfuerzo se considera independiente de la
deformación unitaria e igual a y fy.
• La resistencia a la tracción del concreto no debe considerarse en los cálculos de
elementos de concreto reforzado sometidos a flexión y a carga axial.
• La relación entre la distribución de los esfuerzos de compresión en el concreto
y la deformación unitaria en el concreto se debe suponer rectangular,
48
trapezoidal, parabólica o de cualquier otra forma que de origen a una
predicción de la resistencia que coincida con los resultados de ensayos
representativos.
• El apartado anterior se satisface con una distribución rectangular equivalente de
esfuerzos en el concreto, definida como un esfuerzo en el concreto de 0.85f´c
uniformemente distribuido en una zona de compresión equivalente, limitada
por los bordes de la sección transversal y por una línea recta paralela al eje
neutro, a una distancia a=β1c de la fibra de deformación unitaria máxima en
compresión. La distancia desde la fibra de deformación unitaria máxima al eje
neutro, c, se debe medir en dirección perpendicular al eje neutro. Para f´c entre
17 y 28 MPa, el factor β1 se debe tomar como 0.85. Para f´c superior a 28 MPa,
β1 se debe disminuir en forma lineal a razón de 0.05 por cada 7 MPa de
aumento sobre 28 MPa, sin embargo, β1 no debe ser menor de 0.65 (Asociación
Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010).
C.10.3 – Principios y Requisitos generales:
El diseño de las secciones transversales sometidas a cargas de flexión, o cargas axiales,
o a la combinación de ambas (flexo-compresión) debe basarse en el equilibrio y la
compatibilidad de deformaciones, la sección se denomina controlada por tracción si la
deformación unitaria neta de tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es
igual o mayor a 0.005, justo cuando el concreto en compresión alcanza su límite de
deformación unitaria asumido de 0.003. Las secciones con εt entre el límite de deformación
49
unitaria controlada por compresión (εt ≤ 0.003) y 0.005 constituyen una región de
transición entre secciones controladas por compresión y secciones controladas por tracción.
Se permite el uso de refuerzo de compresión en conjunto con refuerzo adicional de tracción
para aumentar la resistencia de elementos sometidos a flexión.
La resistencia axial máxima de elementos en compresión debe tomarse como:
Donde:
ΦPn (max) = Resistencia axial máxima (N).
Φ = Factor de reducción de resistencia.
f´c = Resistencia a la compresión del concreto a los 28 días (MPa).
Ag = Área bruta de la sección de concreto (mm2).
Ast = Área total de acero longitudinal no presforzado (mm2).
fy = Resistencia especificada a la fluencia del refuerzo (MPa).
C.10.10 - Efectos de esbeltez en elementos a compresión.
Se permite ignorar los efectos de esbeltez en elementos sometidos a compresión no
arriostrados contra desplazamientos laterales cuando:
50
Donde la longitud no apoyada lateralmente de un elemento en compresión, lu, debe
tomarse como la distancia libre entre losas de piso, vigas u otros elementos capaces de
proporcionar apoyo lateral en la dirección que se está considerando; k equivale a el factor
de longitud efectiva 0,5; y se puede tomar el radio de giro, r , igual a 0.3 veces la
dimensión total de la sección en la dirección en la cual se está considerando la estabilidad
para el caso de elementos rectangulares y 0.25 veces el diámetro para elementos circulares
en compresión. Para otras formas, se permite calcular r para la sección bruta de concreto
(Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010).
C.10.11 - Elementos cargados axialmente que soportan sistemas de losas.
Los elementos cargados axialmente que soportan un sistema de losas incluido dentro
del alcance de C.13.1, deben diseñarse como se dispone en el Capítulo C.10 y de acuerdo
con los requisitos adicionales del Capítulo C.13.
C.14.2 Generalidades de muros.
C.14.3. Refuerzo mínimo en muros.
Lo anterior del Capitulo C.14 corresponde a lo que es requerido para muros
estructurales en zonas de amenaza sísmica baja (Disipación Mínima DMI). Los muros
estructurales de concreto reforzado en zonas de amenaza sísmica intermedia y alta deben
cumplir lo indicado en el Capítulo C.14 y además lo adicional requerido para Disipación
51
Moderada (DMO) y Disipación Especial (DES) en el Capítulo C.21 de requisitos de sismo
resistencia (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010).
Muros estructurales con capacidad especial de disipación de energía (DES)
Los requisitos de C.21.9 se aplican a muros estructurales especiales de concreto
reforzado, prefabricados o construidos en obra que forman parte del sistema de resistencia
ante fuerzas sísmicas.
Refuerzo
Las cuantías de refuerzo distribuido en el alma, y t, para muros estructurales no
deben ser menos de 0.0025, excepto que si Vu no excede Acv 0.083√f´c, y t se pueden
reducir a los valores requeridos en C.14.3. El espaciamiento del refuerzo no debe exceder
450 mm. El refuerzo que contribuye a Vn debe ser continuo y debe estar distribuido a
través del plano de cortante. Para edificaciones del Grupo de Uso I, como lo define
A.2.5.1, hasta de tres pisos y destinadas exclusivamente a vivienda, se permite utilizar las
cuantías y t requeridas en C.14.3. Deben utilizarse al menos dos capas de refuerzo
cuando Vu excede Acv 0.17√f´c.
Resistencia al cortante.
La resistencia nominal al cortante Vn está dada por:
Donde:
52
Vc = Resistencia nominal al cortante proporcionada por el concreto (N).
Vs = Resistencia nominal al cortante proporcionada por el refuerzo de cortante (N).
La capacidad nominal a cortante Vn, de muros estructurales equivale a:
Donde:
lw = Longitud del muro o del segmento de muro considerado en la dirección de la
fuerza cortante (mm).
Acv = Área neta de la sección de concreto que resiste cortante, producto del espesor del
alma (t) multiplicado por la longitud, lw, de la sección (mm2).
n = Razón del área de refuerzo distribuido paralelo al plano de Acv, respecto al área
bruta de concreto perpendicular ha dicho refuerzo.
f´c = Resistencia en compresión del concreto en (MPa).
fy= esfuerzo de fluencia del acero perpendicular al área Acv, en (MPa).
El coeficiente αc es 0.25 para hw/lw ≤ 1.5; 0.17 para hw/lw = 2.0; y varía linealmente
entre 0.25 y 0.17 para hw/lw entre 1.5 y 2.0.
53
Flexión y carga axial.
En C.21.9.5.1 nos dicen que los muros estructurales y partes de dichos muros
sometidos a una combinación de carga axial y flexión deben diseñarse de acuerdo con
C.10.2 y C.10.3, descritos anteriormente, excepto que no se debe aplicar C.10.3.7 ni los
requerimientos de deformación no lineal de C.10.2.2. Deben considerarse como efectivos
el concreto y el refuerzo longitudinal desarrollado dentro del ancho efectivo del ala, del
elemento de borde y del alma del muro. Debe considerarse el efecto de las aberturas.
Elementos de borde para muros estructurales especiales
Deben colocarse elementos de borde en los bordes y alrededor de las aberturas de los
muros estructurales cuando se espera una acción inelástica allí. El Reglamento NSR-10
presenta dos alternativas para realizar esto:
• Por medio de la Sección C.21.9.6.2 donde se determina la deformación unitaria
de compresión en el borde del muro al verse solicitado por las fuerzas sísmicas,
o
• Por medio de la Sección C.21.9.6.3, donde se emplea el máximo esfuerzo en la
fibra extrema en compresión, producido por las fuerzas mayoradas que
incluyan efectos sísmicos.
Muros estructurales intermedios con capacidad moderada de disipación de energía
(DMO)
Los muros estructurales intermedios con capacidad de disipación de energía moderada
(DMO) así como sus vigas de acople deben cumplir todos los requisitos de C.21.9 para
54
muros estructurales especiales (DES) vaciados en sitio, con las excepciones y
modificaciones que se presentan a continuación: para C.21.4.4.1, en C.21.9.6.2 (a) para
muros con capacidad moderada de disipación de energía (DMO) el cociente δu/hw en la
ecuación (C.21-11) no debe tomarse menor que 0.0035. para C.21.4.4.2, en C.21.9.6.3 para
muros con capacidad moderada de disipación de energía (DMO) los elementos de borde
deben colocarse cuando el esfuerzo de compresión máximo de la fibra extrema
correspondiente a las fuerzas mayoradas incluyendo los efectos sísmicos E, sobrepase
0.3f´c. Los elementos de borde especiales pueden ser descontinuados donde el esfuerzo de
compresión calculado sea menor que 0.22f’c. El resto de los requisitos de esta sección se
aplican como dice allí. En C.21.4.4.3 - Para muros con capacidad moderada de disipación
de energía (DMO) la sección C.21.9.6.4(c) debe substituirse por: (c) El refuerzo transversal
de los elementos especiales de borde debe cumplir con los requisitos especificados en
C.21.3.5.6 (a), (b), (c) y (d), C.21.3.5.7 y C.21.3.5.8 excepto que no se necesita cumplir
con la ecuación (C.21-2) y el límite de espaciamiento del refuerzo transversal de
C.21.3.5.6(c) debe ser de al menos un medio de la dimensión menor del elemento de borde
pero no hay necesidad de tomarla menor de 150 mm (Asociación Colombiana de
Ingeniería Sísmica,2010).
4.2.1. Mampostería estructural
En el Título D de este Reglamento NSR-10 se establecen los requisitos mínimos de
diseño y construcción para las estructuras de mampostería y sus elementos. Según D.2.1-
Clasificación de la mampostería estructural, reconoce a la Mampostería reforzada
55
externamente como: Es la construcción de mampostería en donde el refuerzo se coloca
dentro de una capa de revoque (pañete) fijándolo al muro de mampostería mediante
conectores y/o clavos y cumple con los requisitos descritos en D.12. Este sistema
estructural se clasifica, para efectos de diseño sismo resistente, como uno de los sistemas
con capacidad mínima de disipación de energía en el rango inelástico (DMI). Se permite,
de acuerdo con el Reglamento, el uso de la mampostería estructural como sistema
estructural, siempre y cuando se cumpla con las salvedades establecidas en el presente
Título, las limitaciones de uso para los diferentes tipos de mampostería estructural del
capítulo A.3, según la zona de amenaza sísmica, el grupo de uso de la edificación, y el tipo
de sistema estructural.
Requisitos generales
En D.5 nos dice que el diseño de mampostería estructural por el método del estado
límite de resistencia se basa en las siguientes suposiciones:
• La mampostería no resiste esfuerzos de tracción.
• El refuerzo está totalmente rodeado y adherido a los materiales de la mampostería de
una manera tal, que trabajan como un material homogéneo.
• Las deformaciones unitarias en el refuerzo y en la mampostería deben suponerse
proporcionales a la distancia al eje neutro de la sección. La resistencia nominal de las
secciones de muros de mampostería para las condiciones de flexo-compresión se debe
obtener de la aplicación de los principios de equilibrio y compatibilidad de
deformaciones.
56
• Los esfuerzos en el acero, para valores menores que el esfuerzo de fluencia, fy, deben
considerarse linealmente proporcionales a la deformación unitaria multiplicada por Es.
Para valores superiores de deformación unitaria correspondiente al esfuerzo de
fluencia, εy = fy/Es, el esfuerzo en el acero se debe considerar independiente de la
deformación e igual a fy.
• La máxima deformación unitaria en la fibra extrema en compresión de la mampostería,
εmu, debe tomarse como 0.003.
• En el diseño por el método de resistencia puede considerarse una distribución
rectangular de esfuerzos de compresión en la mampostería definida de la siguiente
forma: (a) Se puede suponer un esfuerzo uniforme de compresión en la mampostería
con intensidad de 0.80f´m sobre una zona equivalente limitada por los bordes de la
sección efectiva y una línea recta paralela al eje neutro de la sección. (b) La dimensión
de la zona equivalente de compresión, a, medida en dirección perpendicular al eje
neutro a partir de la fibra de máxima compresión, debe ser el 85% de la dimensión
comprimida, c, de la sección en esa dirección (a = 0.85c).
Máxima resistencia axial teórica
En D.5.5.1 tenemos que la máxima resistencia axial teórica del muro sometido a carga
axial sin excentricidad, Po, se obtiene mediante la siguiente expresión:
Donde:
Po = Máxima resistencia axial teórica (N).
57
Ae = Área efectiva de la sección (mm2).
Ast = Área total de acero de refuerzo en la sección de muro (mm2).
fy = Resistencia a la fluencia del acero de refuerzo (MPa).
f’m = Resistencia especificada a la compresión de la mampostería (MPa).
Determinación de f´m
El valor especificado para la resistencia a la compresión de la mampostería f´m, se debe
determinar de acuerdo con uno de los siguientes procedimientos: (a) Por medio de registros
históricos D.3.7.3. (b) Por determinación experimental sobre muretes de prueba D.3.7.4.
(c) Por medio de ensayos sobre materiales individuales D.3.7.5. La elaboración y el ensayo
de los muretes que se utilicen para la determinación de f´m, deben llevarse a cabo de
acuerdo con la norma NTC 3495 (ASTM E447) (Asociación Colombiana de Ingeniería
Sísmica,2010).
Muros de cortante
En obras civiles es necesario garantizar una rigidez adecuada para resistir las fuerzas
laterales causadas por viento y por sismos. Cuando estos edificios no tienen la rigidez
necesaria para soportar estas fuerzas, pueden presentarse esfuerzos muy altos, vibraciones
y deflexiones laterales cuando ocurran estos eventos y los resultados pueden ser daños
severos en las edificaciones (Nilson 2001).
Los muros de cortante son vigas en voladizo vertical que brindan estabilidad lateral a
las estructuras al resistir las fuerzas cortantes y momentos flectores ocasionados por
58
fuerzas horizontales figura 8. La resistencia de los muros a cortante es casi siempre
controlada por la resistencia a la flexión. Sin embargo, en algunas ocasiones pueden
requerir algún refuerzo en cortante para evitar las fallas por tracción diagonal (Nilson
2001).
Figura 8. Efectos del momento flector y esfuerzo cortante en muros.
Fuente: J.J. Perez, y A. Manzano. (2012)
Esfuerzo cortante
Este esfuerzo de corte se obtiene cuando a una sección AB de un elemento, se le
aplican fuerzas transversales P y P’, como se puede observar en la figura 9.
Figura 9. Esfuerzo cortante.
Fuente: F.P. Beer, E. Johnston, J. DeWolf, D. Mazurek, (2010, p.9).
59
Al efectuar un corte en el punto C, es decir, en medio de las fuerzas transversales P y
P’, es obtenido un diagrama de la subsección AC como se muestra en la figura 10.
Figura 10. Fuerzas implicadas a esfuerzos cortantes.
Fuente: F.P. Beer, E. Johnston, J. DeWolf, D. Mazurek, (2010, p.9).
A partir de lo anterior, es posible decir que existen fuerzas internas en el plano de
una sección, y que la fuerza resultante es igual a P, pero en sentido opuesto. Estas fuerzas
internas se conocen como fuerzas cortantes, y la magnitud P de su resultante es el cortante
en la sección. Cuando se divide la fuerza cortante P entre el área A de la sección
transversal, es obtenido el esfuerzo cortante en la sección (Beer, 2010).
A continuación, se muestra la expresión para su cálculo:
𝜏 =𝑃
𝐴
Donde:
τ = Esfuerzo cortante (MPa).
P = Fuerza transversal (N).
A= Área de la sección transversal (mm2).
60
La resistencia nominal Vn para sección de elementos de mampostería estructural, está
dado por:
Donde:
Vm = Resistencia nominal a cortante proporcionada por la mampostería (N).
Vs = Resistencia nominal a cortante proporcionada por el refuerzo de cortante (N).
El comportamiento de los muros sometidos a esfuerzos de corte o tracción diagonal
debe ser calculado según la norma NTC 4925 (ASTM E 519), como se muestra a
continuación:
Donde:
Sz= Esfuerzo a cortante sobre el área neta (MPa).
C= Carga aplicada en (N).
Au= Área neta de la muestra en (mm2).
El área neta es calculada de la siguiente manera:
61
Donde
l = Longitud del espécimen (mm).
a = Altura del espécimen (mm).
e = Espesor total del espécimen (mm).
n = Porcentaje del área bruta de la unidad que es sólida, expresada como un decimal.
Esta norma se aplicó a muretes en concreto y a muretes en mortero.
Elementos de borde
Se deben utilizar elementos de borde en los muros de mampostería de unidades de
perforación vertical y de mampostería de cavidad reforzada, cuando el modo de falla del
muro sea en flexión y el esfuerzo de compresión de la fibra extrema en condiciones de
cargas mayoradas exceda 0.20f´m, para mampostería de cavidad reforzada como se define
en D.2.1.1 y para mampostería reforzada como se define en D.2.1.2, y cuando exceda
0.30f´m, para mampostería parcialmente reforzada como se define en D.2.1.3. Deben
cumplirse además los siguientes requisitos: (a) Los elementos de borde se pueden
suspender a partir de la sección en la que el esfuerzo de compresión sea inferior a 0.15f´m,
pero no deben suspenderse antes de llegar a una altura igual a lw, medida desde la base del
muro.
62
Mampostería reforzada externamente.
Los muros reforzados externamente se rigen por el capítulo D.12 estos se deben
diseñar siguiendo los requisitos del Reglamento NSR-10, teniendo en cuenta las
propiedades mecánicas de los materiales especificados y las características dimensiónales
de la sección compuesta, y siguiendo los procedimientos apropiados para el estudio de la
distribución de esfuerzos en elementos compuestos de varios materiales. Los muros de este
tipo de mampostería deben tener un espesor real total no menor de 130 mm, los cuales
corresponden a 90 mm de espesor real mínimo del muro de mampostería y a 20 mm de
espesor mínimo de mortero de revoque en cada uno de los 2 lados del muro. La resistencia
de la mampostería f´m no puede ser inferior a 8 MPa, la resistencia del mortero de
recubrimiento o revoque (pañete) f´cre debe ser como mínimo de 12.5 MPa. Las mallas se
pueden fijar mediante conectores instalados a través de una carga explosiva de potencia
controlada (tiro), o mediante clavos de acero, el número mínimo será de nueve (9) por m2.
Los clavos y tiros deben tener un diámetro mínimo de 3 mm; la cabeza del clavo o del tiro
debe quedar salida del muro por lo menos 10 mm. Las mallas también se pueden anclar
colocando conectores de barras o alambres de acero con diámetro mínimo de 4.5 mm, de
tal manera que atraviesen el muro de mampostería y abracen con un gancho de 90° en cada
extremo a las 2 mallas electrosoldadas; el número mínimo será de cuatro (4) por metro
cuadrado Las mallas se deben amarrar a los conectores utilizando alambre galvanizado
número 16 (diámetro igual a 1.3 mm).
63
El análisis y diseño de los muros de mampostería reforzada externamente se pueden
hacer de una manera simplificada despreciando el aporte a la resistencia de la porción de
mampostería dándole toda la responsabilidad a las capas de mortero de recubrimiento o
revoque (pañete). El análisis y diseño se puede hacer cumpliendo los requisitos del Título
C, como si se tratase de muros de concreto con un espesor igual a la suma de los 2
espesores de las capas de recubrimiento y con una resistencia especificada a la compresión
f´c = f´cre. (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica,2010).
4.3. Marco conceptual
Acabado: Partes y componentes de una edificación que no hacen parte de la estructura
o de su cimentación (NSR 10 Título A 13.1).
Acero: El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos,
es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono. Cuando es fundido y
alcanza su temperatura de ebullición, es sumergido en agua fría para adquirir gran dureza y
elasticidad. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el
hierro. Este resiste muy poco a la deformación plástica, por estar constituida solo con
cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes,
que permiten un gran incremento de su resistencia (Zapata, 2013. p.5).
Adherencia: Adhesión y enlace del concreto o el mortero al refuerzo o a otras
superficies a las cuales es colocado. Capacidad del mortero para atender esfuerzos
normales y tangenciales a la superficie que lo une a la estructura (NSR 10 Título D.2.5).
64
Agregado: Material granular, como arena, grava, piedra triturada y escoria de hierro
de alto horno, empleado con un medio cementante para formar concreto o mortero
hidráulico (NSR 10 Título C.2.2).
Alambre: Elemento de acero que cumple las normas NTC1907 (ASTM A496) y NTC
4002 (ASTM A82) utilizado como refuerzo, cuyo diámetro es menor del No. 2 (1/4”) ó 6M
(6 mm). Puede ser liso o corrugado (NSR 10 Título C.2.2).
Capacidad de disipación de energía: Es la capacidad que tiene un sistema
estructural, un elemento estructural, o una sección de un elemento estructural, de trabajar
dentro del rango inelástico de respuesta sin perder su resistencia. Se cuantifica por medio
de la energía de deformación que el sistema, elemento o sección es capaz de disipar en
ciclos histeréticos consecutivos. Cuando hace referencia al sistema de resistencia sísmica
de la edificación como un todo, se define por medio del coeficiente de capacidad de
disipación de energía R . El grado de capacidad de disipación de energía se clasifica como
especial (DES), moderado (DMO) y mínimo (DMI) (NSR 10 Título C.2.2).
Cemento hidráulico: Cemento que fragua y endurece por reacción química con agua,
y es capaz de hacerlo inclusive bajo el agua (NTC 31.2017 p6).
Columna: Elemento con una relación entre altura y menor dimensión lateral mayor de
3 usado principalmente para resistir carga axial de compresión. Para un elemento de
sección variable, la menor dimensión lateral es promedio de las dimensiones superior e
inferior del lado menor (NSR 10 Título C.2.2).
65
Compresión: Es la acción y efecto de comprimir. Este verbo refiere a estrechar,
apretar, oprimir o reducir a menor volumen. “En términos generales la mampostería
proporciona gran resistencia al ser sometida a esfuerzos de compresión, hecho por el cual
se concluye que el comportamiento y fallas ante cargas axiales dependen principalmente de
la interacción entre las unidades de mampostería y el mortero de pega” (Molano y Serano
2005, p.38).
Concreto: Mezcla de cemento Pórtland o cualquier otro cemento hidráulico, agregado
fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos (NSR 10 Título C.2.2).
Conector: Elemento mecánico para unir dos o más piezas, partes o miembros. En este
caso es usado para unir dos mallas electrosoldadas para que se comporten como un solo
elemento (NSR 10 Título D.2.5).
Consistencia: Movilidad relativa o capacidad de fluir del concreto, mortero o lechada
frescos (NTC 385.2019 p6).
Cuantía: Relación entre el área transversal del refuerzo y el área bruta de la sección
considerada (NSR 10 Título D.2.5).
Curado: Proceso que consiste en mantener humectado el concreto o mortero para
evitar que se formen fisuras por retracción. Este se endurece y adquiere resistencia, una vez
colocado en su posición final (NSR 10 Título C.2.2).
66
Elemento de borde: Regiones extremas de muros que soportan cargas en su plano, y
que son reforzadas y confinadas para cumplir con requisitos específicos y pueden ser del
mismo o de mayor espesor que el muro (NSR 10 Título D.2.5).
Elemento estructural: Componente del sistema estructural de la edificación (NSR 10
Título A 13.1)
Encofrado: Moldes con la forma y las dimensiones de los elementos estructurales, en
los cuales se coloca el refuerzo y se vierte el concreto fresco (NSR 10 Título C.2.2).
Esfuerzo: Fuerza por unidad de área (NSR 10 Título C.2.2).
Estructura: Es un ensamblaje de elementos, diseñado para soportar cargas
gravitacionales y resistir las fuerzas horizontales. Las estructuras pueden ser catalogadas
como estructuras de edificaciones o estructuras diferentes a las de las edificaciones (NSR
10 Título A 13.1).
Fraguado: Proceso que consiste en un desarrollo gradual de la rigidez de una mezcla
cementosa, se debe a reacciones químicas y ocurre después de la adición del agua de
mezclado (NTC 385, 2019, p6).
Mezcla: Se refiere al proceso, durante la fabricación de cemento hidráulico, en el que
dos o más componentes finamente molidos se combinan para obtener un producto de
características uniformes ya sea por molienda conjunta, mezcla o ambos métodos (NTC
31, 2017, p2).
67
Mortero: Mezcla de material cementante hidráulico finamente molido, agregado fino
y agua, ya sea en el estado fresco o endurecido. También se le conoce como mortero
hidráulico (NTC 31, 2017).
Mortero de recubrimiento: Mezcla plástica de materiales cementantes, agregado fino
y agua, usado para dar acabado liso (enlucir) los muros de mampostería (NSR 10 Título
D.2.5).
Murete: Ensamble de piezas de mampostería con mortero de pega inyectadas o no de
mortero de relleno usado como espécimen de ensayo para determinar las propiedades de la
mampostería (NSR 10 Título D.2.5).
Muro: Elemento, generalmente vertical, empleado para encerrar o separar espacios.
(NSR 10 Título C.2.2).
Muro estructural: Muro diseñado para resistir combinaciones de cortantes, momentos
y fuerzas axiales. Un muro de cortante es un muro estructural (NSR 10 Título C.2.2).
Plasticidad: Facilidad con que se extiende el mortero de pega sobre una superficie, sin
pérdida de su uniformidad (NSR 10 Título D.2.5).
Poliestireno expandido: Material a base de poliestireno, derivado principalmente del
monómero estireno, expandido para formar una estructura celular de celdas cerradas (NTC
1359, 1977).
68
Recubrimiento: Distancia entre la superficie externa del refuerzo embebido y la
superficie externa más cercana del concreto indicada en los planos de diseño o en las
especificaciones del proyecto (NSR 10 Título C.2.2).
Refuerzo: Material que cumple con lo especificado en C3.5, excluyendo el acero de
preesforzado, a menos que se incluya en forma explícita (NSR 10 Título C.2.2).
Resistencia: Es la capacidad útil de una estructura o de sus miembros, para resistir
cargas, dentro de los límites de deformación establecidos en este reglamento (NSR 10
Título A 13.1).
Solicitaciones: Son las fuerzas u otras acciones que afectan la estructura, dentro de las
cuales se cuentan los efectos gravitacionales sobre su propia masa, o peso propio, las
cargas generadas por los elementos estructurales, por sus ocupantes y sus posesiones, (...).
En general corresponden a todo lo que puede afectar la estructura (NSR 10 Título A 13.1).
Vulnerabilidad: Es la cuantificación del potencial de mal comportamiento de una
edificación con respecto a alguna solicitación (NSR 10 Título A 13.1).
4.4. Marco normativo
4.4.1. Norma técnica colombiana
NTC 4925 de 2001
Cubre la determinación de la resistencia a la tracción diagonal o resistencia a
cortante, de muretes de mampostería, al ser sometidos a compresión mediante la aplicación
69
de una carga controlada en una de sus diagonales. ASTM E 519 de 1993, Test Method for
Diagonal Tension (Shear) in Masonry Assemblages.
NTC 3495 de 2003
Comprende los procedimientos para la elaboración y ensayos de muretes de
mampostería, y los procedimientos para determinar la resistencia a la compresión de la
mampostería.
NTC 2310 de 2003
Establece los requisitos que deben cumplir las mallas electrosoldadas, fabricadas a
partir de alambre corrugado estirado en frío o laminado en frío, o por una combinación de
alambres corrugados y lisos, para uso en refuerzo de concreto.
NTC 673 de 2010
Cubre la determinación de la resistencia a la compresión de especímenes cilíndricos
de concreto.
NTC 174 de 2018
Esta norma establece los requisitos de gradación y calidad para los agregados finos
y gruesos (excepto los agregados livianos y pesados) para uso en concreto.
NTC 77 de 2018
Este método de ensayo abarca la determinación de la distribución de los tamaños de
las partículas que componen los agregados finos y gruesos, a través de un proceso de
tamizado.
70
4.4.2. Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR 10
Título A – Requisitos Generales de Diseño y Construcción Sismo Resistente
La sección A del reglamento contiene los requisitos mínimos para el diseño y
construcción de edificaciones nuevas, esto con el fin de garantizar que estas nuevas
construcciones resistan las fuerzas impuestas por la naturaleza y para incrementar su
resistencia a los efectos producidos por los movimientos sísmicos (NSR 10 Título A
1.2.3.1).
También, abarca edificaciones construidas antes de la vigencia de este Reglamento,
establece los requisitos a emplear en la evaluación, adición, modificación y remodelación
del sistema estructural; el análisis de vulnerabilidad, el diseño de las intervenciones de
reforzamiento y rehabilitación sísmica, y la reparación de edificaciones con posterioridad a
la ocurrencia del sismo (NSR 10 Título A 1.2.3.2).
Título C - Concreto Estructural
Rige en todo lo concerniente al diseño, construcción y propiedades de los materiales en
todos los casos en que se entre en conflicto con los requisitos contenidos en otras normas a
las que se haga referencia de él. También, los requisitos de este título deben emplearse en
el diseño de elementos de concreto estructural que sean parte de estructuras diseñadas en
otro material estructural distinto del concreto estructural cubierto por otros Títulos del
Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR 10 Título C 1.1.3).
El capítulo C.14 del Título C es aplicado de manera general a muros como elementos
verticales capaces de soportar carga. Cuando se diseñan muros para resistir fuerzas
71
cortantes se deben hacer de acuerdo con los capítulos C.14 y C.11.9 (NSR 10 Título C
14.1).
Título D – Mampostería Estructural
Este Título establece los requisitos mínimos de diseño y construcción para las
estructuras de mampostería y sus elementos con el objetivo de la protección a la vida y en
lo posible los bienes materiales de los usuarios de la edificación (NSR 10 Título D 1.1.2).
Los requisitos constructivos para edificaciones de mampostería estructural presentes en
este Título cubren los diferentes sistemas de mampostería estructural, como lo son la
mampostería reforzada externamente, mampostería de cavidad reforzada, muros de
mampostería reforzada construidos con unidades de perforación vertical, muros de
mampostería parcialmente reforzada, muros de mampostería no reforzada, entre otros.
72
5. Materiales y Metodología
A continuación, se darán a conocer las características de los materiales que se
implementaron en los diferentes procesos llevados a cabo como un primer acercamiento a
la predicción del comportamiento del sistema de muros aligerados, fijando propiedades y
parámetros de resistencia, para luego de conformado dicho sistema, este sea evaluado y
comparado, mediante ensayos de compresión y cortante.
5.1. Materiales
5.1.1. Agregado Grueso
El tamaño máximo del agregado según el Título C de la NSR-10, no debe ser superior
a 1/5 de la menor separación entre los lados de la formaleta, es decir, no debe ser mayor a
30 mm. Debido a las condiciones del proyecto se escoge grava fina con un tamaño máximo
de ½” (12.7 mm), debido al espaciamiento entre el poliestireno expandido y la malla
electrosoldada (15 mm), así como al espaciamiento entre la malla electrosoldada y la
formaleta (10mm), se tuvo que realizar un tamizado de la grava fina para que de esta
manera, el tamaño máximo del agregado grueso final fuese de 3/8” (9.5 mm), garantizado
el total acceso del concreto al momento su vertimiento dentro de la formaleta para formar
los muretes.
5.1.2. Agregado Fino
Para la fabricación de las mezclas de concreto y de mortero se utilizan dos tipos de
agregado fino, uno para concreto y otro para mortero, arena de río y arena de peña
respectivamente. Cabe mencionar que la arena de peña presenta un alto contenido de
73
arcillas, por lo cual no es recomendable emplearla con fines estructurales, caso contrario
sucede con la arena de río.
5.1.3. Cemento
El cemento utilizado en la construcción de los muretes tanto de concreto como de
mortero fue cemento portland marca Holcim, este cemento está clasificado por la empresa
como de tipo UG (uso general), el cual cumple las exigencias de la NTC 121 de 2014. La
tabla 2, da a conocer las características físicas de este cemento, las cuales garantiza el
fabricante.
Tabla 2.
Características físicas del cemento.
Fuente: Holcim (2018).
5.1.4. Agua
El agua empleada para las mezclas de concreto y de mortero, fue agua potable. Las
impurezas excesivas en el agua de mezclado pueden afectar no solo el tiempo de fraguado,
la manejabilidad, la resistencia y la estabilidad volumétrica, sino que también pueden
provocar eflorescencia o corrosión en el refuerzo. Siempre que sea posible, debe evitarse el
uso de agua con altos contenidos de solidos disueltos. La norma ASTM C1602M permite
el uso de agua potable sin practicarle ensayos e incluye métodos para clasificar las fuentes
de agua impotable, considerando los efectos en el tiempo de fraguado y la resistencia.
Inicial Final 3 días 7 días 28 días
90 300 0.8 8 15 24
Características físicas
Fraguado (máx.minutos) Resistencia (MPa)Expansion a la autoclave
(máx.)
74
5.1.5. Concreto
Para el diseño de mezcla del concreto utilizado en la construcción de los muretes, es
recomendable tener en cuenta un diseño de mezcla auto compactante. Debido al
espaciamiento; dadas las condiciones constructivas escogidas (formaleta), no es pertinente
emplear una mezcla seca, esto podría ocasionar obstrucciones con la malla electrosoldada
que impiden al concreto distribuirse uniformemente, dejando vacíos en el murete.
La tabla 3, especifica las dosificaciones en peso que compone la mezcla de concreto
final, la cual fue diseñada con una relación, agua material cementante (a/mc) de 0.39 y
una resistencia a la compresión a los 28 días (f´c) de 21MPa.
Tabla 3.
Cantidades en peso para la mezcla de concreto.
Fuente: El autor.
Nota: El diseño de mezcla se encuentra en el anexo B.
5.1.6. Mortero
La mezcla de mortero en la construcción de los muretes fue diseñada para que
presentara poca fluidez, es decir, con una consistencia dura, esto con el fin de que el
mortero no se deslice a través del panel de poliestireno expandido, ni genere empujes
adicionales sobre la formaleta en el momento del vibrado. En la tabla 4, se especifican las
dosificaciones en peso que componen la mezcla de mortero final, la cual fue diseñada con
75
una relación, agua material cementante (a/mc) de 0.61 y una resistencia a la compresión a
los 28 días (f´cre) de 12.5 MPa.
Tabla 4.
Cantidades en peso para la mezcla de mortero.
Fuente: El autor.
Nota: El diseño de mezcla se encuentra en el anexo B.
5.1.7. Malla Electrosoldada
Como refuerzo se empleó malla electrosoldada NTC 2310 con las siguientes
características según el fabricante: barras corrugadas de 4 mm de diámetro, con una
separación de 150 mm en ambas direcciones, cumpliendo con la cuantía mínima (0,0020)
y el espaciamiento máximo (450 mm) permitidos por el Titulo C del reglamento NSR 10,
con un esfuerzo de fluencia (fy) de 468 MPa, estas son fijada en ambas caras del panel de
poliestireno expandido, y están unidas entre sí por medio de 6 conectores de 4 mm de
diámetro y un esfuerzo de fluencia (fy) de 468 MPa, con gancho a 90° en sus extremos,
amarrados manualmente con alambre dulce y distribuidos de manera homogénea en el
plano del muro, que junto con el poliestireno conformando el panel modular, ver figura
13, para ser embebidos en la formaleta en la cual se vierte concreto o mortero según el
caso. Cabe resaltar que la malla electrosoldada fue cortada con dimensiones de 800 mm x
800 mm, igual al tamaño de los muretes, cumpliendo con la altura mínima (300 mm)
permitida en el Titulo D del reglamento NSR 10.
76
Alambre dulce
El alambre utilizado para los amarres entre la malla y los conectores es de 2.11mm de
diámetro, galvanizado, en la figura 11 se pueden observar.
Figura 11. Conectores y alambre dulce para amarre.
Fuente: El autor.
5.1.8. Panel de Poliestireno
El panel de poliestireno expandido utilizado como núcleo central de los muretes tiene
una densidad de 19 kg/m3, en el sistema constructivo de muros aligerados, este presenta
ondulaciones, (“micro columnas”), en la figura 12 una vista en planta y en la figura13 una
vista lateral de su configuración final de la mano de la malla electrosoldada y sus
respectivos conectores. Este presenta unas dimensiones de 800 mm x 800 mm, para fines
de esta investigación se optó por un espesor de panel de 100 mm, (recordemos que el
espesor del panel varía de 40 mm a 400 mm), la distancia que hay desde el centro de una
cresta, al centro de la siguiente cresta es de 200 mm, la profundidad de dichas ondulaciones
es de 10 mm y un ancho de 100 mm.
77
Figura 12. Vista en planta poliestireno expandido.
Fuente: El autor.
Figura 13. Poliestireno expandido.
Fuente: El autor.
5.1.9. Formaleta
Se empleo formaleta en madera fabricada in situ con dimensiones internas de 800 mm
x 800 mm y un espesor interno de 150 mm, para dar acabado sobre el muro, según el
material, y obtener la configuración final del sistema, cabe resaltar que el proceso final es
mediante proyección neumática de la mezcla, al no poder contar con este tipo de
maquinaria, se optó por el uso de formaleta, la cual se puede observar en la figura 14.
Figura 14. Formaleta elaborada in situ.
Fuente: El autor.
78
5.2. Metodología Experimental
En esta etapa se presentan los procesos llevados a cabo para la construcción de los
modelos a ensayar, del sistema de muros aligerados con poliestireno expandido, teniendo
como premisa una mezcla de concreto con una resistencia a la compresión (f´c) de 21 MPa
y una mezcla de mortero de recubrimiento o pañete, con una resistencia a la compresión
(f´cre) de 12.5 MPa; esto basado en los respectivos ensayos de control y caracterización en
los materiales seleccionados previamente.
Los paneles fueron armados con sus respectivas mallas electrosoldadas de 4 mm de
diámetro y separación de 150 mm, estas fueron unidas mediante 6 conectores distribuidos a
lo largo de la lámina de poliestireno expandido, cabe resaltar que el reglamento NSR 10 en
su Título D recomienda un mínimo de 4 conectores por metro cuadrado.
Posterior a esto, se introdujo el panel armado en la formaleta de madera, construida in
situ, para luego verter en ella la mezcla de concreto o la mezcla de mortero, (según el
caso), distribuyéndola en ambas caras de dicha formaleta y al mismo tiempo ejecutando el
proceso de vibrado. Transcurridas 24 horas se procedió al desencofrado, para luego entrar
en el proceso de curado, envolviendo cada modelo en film plástico (vinipel), he
hidratándolos constantemente con agua a temperatura ambiente. Al alcanzar la edad de 28
días en curado se da inicia a las pruebas de resistencia por medio de los ensayos de tracción
diagonal y carga por compresión, dando a conocer su comportamiento y sus propiedades
mecánicas.
79
A continuación, se definen las propiedades de los muretes, así como la caracterización
de los materiales empleados en su construcción:
5.2.1. Características de los muretes.
En la tabla 5, algunas características de los modelos, como son: material, dimensiones,
cantidad de especímenes.
Tabla 5.
Características de los muretes.
Fuente: El autor.
5.2.2. Configuración de los muretes.
En la figura 15 una vista sobre el plano del muro y en la figura 16 la configuración en
planta de los muros.
Figura 15. Esquema murete.
Fuente: El autor.
80
Figura 16. Esquema murete en planta.
Fuente: El autor.
El modelo final en concreto o motero (según el caso), del sistema de muros aligerados
con poliestireno expandido, se observa en la figura 17.
Figura 17. Modelo final de murete.
Fuente: El autor.
5.2.3. Proceso de construcción de muretes.
El proceso de construcción para los muretes en concreto y para los muretes en mortero
es el mismo. Este procedimiento es especificado a continuación:
Primera Etapa
En el panel de poliestireno expandido, la malla electrosoldada es fijada en ambas caras
del panel y es unida entre sí por medio de 6 conectores de 4 mm de diámetro, con gancho a
81
90° en sus extremos, amarrados manualmente con alambre dulce y distribuidos de manera
homogénea en el plano del muro, como se observa en la figura 18.
Figura 18. Configuración final del panel.
Fuente: El autor.
Segunda Etapa
Una vez armado el panel, este se introduce a la formaleta para poder vaciar el concreto
o mortero (según el caso) y fundir el murete como se observa en la figura 19.
Figura 19. Formaleta lista para el vaciado de la mezcla.
Fuente: El autor.
Tercera Etapa
Con el diseño de mezcla y los calculados del peso de cada uno de los componentes de
las mezclas de concreto y de mortero, estos son clasificados para la elaboración de la
82
mezcla de manera mecánica, por medio de un “trompo”, garantizando su homogeneidad,
como se observa en la figura 20.
Figura 20. Mezclado de los materiales.
Fuente: El autor.
Cuarta Etapa
Cuando la mezcla está lista, se procede a verter el concreto o el mortero (según el
caso), en la formaleta con el panel correctamente ubicado, de manera uniforme en cada una
de las caras del panel, en la figura 21 se observa el vaciado de la mezcla.
Figura 21. Vaciado de la mezcla.
Fuente: El autor.
83
Quinta Etapa
A medida que se vierte la mezcla de concreto o la mezcla de mortero en la formaleta,
se debe vibrar y apisonar de manera controlada para garantizar el menor volumen de vacíos
posibles en el murete y que la mezcla se distribuya de manera homogénea en todo el muro,
no excediendo este proceso ya que se podría presentar segregación del agregado, en la
figura 22 el vibrado manual.
Figura 22. Vibrado en el murete.
Fuente: El autor.
Sexta Etapa
Después de fundir el murete y dejar 24 horas, se procede a desencofrar como se
observa en la figura 23.
Figura 23. Desencofrado de muretes.
Fuente: El autor.
84
Consecutivamente se da inició al proceso de curado durante un periodo tiempo, no
menor a 28 días, como se observa en la figura 24.
Figura 24. Curado de muretes.
Fuente: El autor.
Transcurrido este periodo de tiempo, se da inicio al proceso de falla, mediante pruebas
de carga a compresión y a cortante, en la tabla 6 la notación para cada murete.
Tabla 6.
Notación probetas.
Fuente: El autor.
Probeta # Nomenclatura Equivalencia
1 Mc Mortero a compresión
2 Mc Mortero a compresión
3 Mc Mortero a compresión
4 Cc Concreto a compresión
5 Cc Concreto a compresión
6 Cc Concreto a compresión
7 Mv Mortero a cortante
8 Mv Mortero a cortante
9 Mv Mortero a cortante
10 Cv Concreto a cortante
11 Cv Concreto a cortante
12 Cv Concreto a cortante
Notación de probetas
85
5.2.4. Caracterización de los materiales
Se practicaron los ensayos pertinentes en el laboratorio de estructuras de la
Universidad de La Salle, para determinar las propiedades y características necesarias de los
materiales previamente seleccionados. Basados en los resultados de dichos ensayos, se
elaboraron los diseños para las mezclas de concreto y de mortero. a emplear, según las
premisas de resistencias a obtener. En la tabla 7 los ensayos practicados en la
caracterización de los materiales. Los cálculos y resultados de los ensayos producto de la
caracterización y control de los materiales utilizados en la construcción de los muros, se
observan detalladamente en el anexo A.
Tabla 7.
Ensayos de laboratorio para la caracterización de materiales.
.
Fuente: El autor.
86
Arena de río
Granulometría
El procedimiento para realizar la granulometría de la arena de río se estableció de
acuerdo con lo estipulado en la norma NTC 77, donde una muestra de agregado en estado
seco es separada a través de una serie de tamices de aberturas progresivamente más
reducidas con el fin de determinar la distribución de tamaño de las partículas del agregado
en estudio, figura 25.
Figura 25. Granulometría en arena de río.
Fuente: El autor.
En la figura 26 la curva granulométrica de la arena de rio y en la tabla 8 los resultados
de la granulometría.
Figura 26. Curva granulométrica, arena de rio.
Fuente: El autor.
87
Tabla 8.
Resultados granulometría, arena de rio.
Fuente: El autor.
Equivalente de arena
Este ensayo es usado para indicar las proporciones relativas de partículas finas o
arcillosas que pasan por el tamiz #4. La metodología para realizar este ensayo está descrita
en la norma NTC 6179, donde un volumen conocido de arena de peña es vertido puesta en
probetas con una solución de floculación la cual ayuda con la separación entre las
partículas de arena con las de arcilla, figura 27. Luego de un tiempo definido de
sedimentación, es leída la altura del material floculado y se determina la altura de la arena
en la probeta. En la tabla 9 el equivalente de arena.
Figura 27. Equivalente de arenas en arena de río.
Fuente: El autor.
Tabla 9.
Equivalente de arena.
Fuente: El autor.
Tamaño Maximo TM (mm) 3/8 "
Tamaño Maximo Nominal TMN (mm) N° 8
Módulo de finura MF 2.7
Equivalente de arena EA (%) 92
88
Densidad y absorción
La norma NTC 237 presenta el procedimiento adecuado para calcular la densidad y
absorción de la arena a través de un picnómetro con agua, se introduce la arena en el
picnómetro y se toman los respectivos pesos, figura 28, luego se toma el peso seco para
luego determina la densidad y la absorción descritas en la tabla 10.
Figura 28. Densidad de la arena de río.
Fuente: El autor.
Tabla 10.
Densidad y adsorción, arena de rio.
Fuente: El autor.
Masas unitarias
Para la realización de este laboratorio se sigue lo descrito en la norma NTC 92 en
donde se debe llenar un molde de peso y volumen conocido de tres maneras diferentes
(apisonada, golpeteo y paleo). Para la muestra apisonada se deben llenar 3 capas, cada una
de 25 golpes con la varilla de apisonamiento distribuidas uniformemente sobre la
Densidad GAR (g/cm3) 2.79
Absorción %ABSAR 5.04
89
superficie; para el método por golpeteo se llenan 3 capas las cuales son compactadas
levantando las caras opuestas alternativamente cerca de 50 mm y dejando caer el molde de
forma tal que se golpee fuertemente 25 veces. Por último, el método de paleo se llena el
molde por medio de una pala o cuchara dejando caer el agregado de una altura de 50 mm
aproximadamente, figura 29. Para efectos de esta investigación, se realizaron los métodos
apisonado y paleo, debido a que el método de golpeteo es utilizado cuando el tamaño
máximo nominal del agregado grueso es mayor a 37,5 mm, para efectos de esta
investigación, el tamaño máximo nominal del agregado utilizado es de 12,25 mm, en la
tabla 11 los resultados.
Figura 29. Masas unitarias de la arena de río.
Fuente: El autor.
Tabla 11.
Masa unitaria y humedad, arena de rio.
Fuente: El autor.
Masa unitaria suelta MUSAR (g/cm3) 1.35
Humedad WnAR(%) 7.65
90
Arena de peña
Granulometría
El procedimiento para realizar el ensayo en la arena de peña es similar a lo dicho en la
granulometría de la arena de río, en la figura 30 se observa su gradación.
Figura 30. Granulometría en arena de peña.
Fuente: El autor.
En la figura 31 la curva granulométrica de la arena de peña y en la tabla 12 los
resultados de la granulometría.
Figura 31. Curva granulométrica, arena de peña.
Fuente: El autor.
91
Tabla 12.
Resultados granulometría, arena de peña.
Fuente: El autor.
Equivalente de arenas
Se realiza el mismo procedimiento que para la arena de río, figura 32, en la tabla 13
los resultados.
Figura 32. Equivalente de arenas en arena de peña.
Fuente: El autor.
Tabla 13.
Equivalente de arena.
Fuente: El autor.
Densidad y absorción
Como la norma NTC 237 es aplicable para todo tipo de arenas, se realiza el mismo
procedimiento empleado en la arena de río, figura 33. En la tabla 14 los resultados.
Tamaño Maximo TM (mm) 3/8 "
Tamaño Maximo Nominal TMN (mm) N° 4
Módulo de finura MF 2.52
Equivalente de arena EA (%) 25
92
Figura 33. Densidad en la arena de peña.
Fuente: El autor.
Tabla 14.
Densidad y absorción, arena de peña.
Fuente: El autor.
Masas unitarias
Las masas unitarias suelta y apisonada correspondiente a la arena de peña son
obtenidas de acuerdo con la NTC 92, se observa en la figura 34.
Figura 34. Masas unitarias de la arena de peña.
Fuente: El autor.
Densidad GAP (g/cm3) 2.64
Absorción %ABSAP 3.63
93
En la tabla 15 los resultados del correspondiente ensayo.
Tabla 15.
Masa unitaria y humedad, arena de peña.
Fuente: El autor.
Agregado grueso
Granulometría
El procedimiento para realizar la granulometría del agregado grueso se estableció de
acuerdo con lo estipulado en la norma NTC 77, similar a las granulometrías de los
agregados finos, solo que se adicionan tamices con un espaciamiento de la malla que va
aumentando, figura 35.
Figura 35. Granulometría agregado grueso.
Fuente: El autor.
En la figura 36 la curva granulométrica del agregado grueso y en la tabla 16 los
resultados de la granulometría.
Masa unitaria suelta MUSAP (g/cm3) 1.28
Humedad WnAP (%) 6.12
94
Figura 36. Curva granulométrica, agregado grueso.
Fuente: El autor.
Tabla 16.
Resultados granulometría, agregado grueso.
Fuente: El autor.
Masas unitarias
Para obtener las masas unitarias del agregado grueso se sigue la misma metodología
que se empleó para los agregados finos en este ensayo, figura 37.
Figura 37. Masas unitarias de la grava fina.
Fuente: El autor.
Tamaño máximo TM 1/2"
Tamaño máximo nominal TMN 1/8"
Módulo de finura MF 4.8
95
En la tabla 17 los resultados del correspondiente ensayo.
Tabla 17.
Masa unitaria y humedad, agregado grueso.
Fuente: El autor.
Densidad y absorción
En la norma NTC 176 se detalla el procedimiento seguido para la obtención de la
densidad y la absorción de la arena de río, en la cual se sumerge una muestra de agregado
durante 24 horas con el fin de saturar todos los poros. Luego de esto, se retira del agua y es
secado superficialmente para determinar su masa; se determina el volumen de la muestra
por medio del método de desplazamiento de agua.
Por último, es secado al horno y se determina su masa en estado seco. Con los datos
obtenidos en este proceso y las ecuaciones planteadas en la norma se calculan la densidad y
absorción del agregado grueso, figura 38.
Figura 38. Masas unitarias de la grava fina.
Fuente: El autor.
Masa unitaria suelta M USg (g/cm3) 1,31
Humedad Wng (%) 1.2
96
En la tabla 18 los resultados.
Tabla 18.
Densidad y adsorción., agregado grueso.
Fuente: El autor.
Cemento
Densidad
La norme NTC 221 especifica los parámetros que se siguieron para obtener la densidad
del cemento a usar para los muretes. En este ensayo se determina la densidad del cemento
Holcim (en este caso) por medio del método del frasco Le Chatelier y queroseno, tomando
las respectivas lecturas, figura 39. En la tabla 19 el resultado.
Figura 39. Densidad del cemento.
Fuente: El autor.
Tabla 19.
Densidad del cemento.
Fuente: El autor.
Densidad Gg (g/cm3) 2,56
Absorción %ABSg 1.69
Densidad Gc (g/cm3) 3.09
97
Concreto
Resistencia a la compresión
El procedimiento para seguir en la obtención de la resistencia a la compresión en
cilindros de concreto está especificado en la norma NTC 673. Para este caso se emplearon
cilindros de concreto con unas dimensiones de 150 mm de altura y 75 mm de diámetro, se
fabricaron 9 testigos con muestra representativas de la misma mezcla que componen los
muros, para ser ensayados a tres edades diferentes (7, 14 y 28 días), fallando 3 cilindros
por edad, esto con el fin de monitorear la evolución de la resistencia del concreto utilizado
para la construcción de los muretes. En la figura 40 se observa un espécimen sometido a
prueba. El diseño de mezcla de concreto utilizado en la elaboración de los muros se
especifica en detalle en el Anexo B.
Figura 40. Cilindro de concreto sometido a compresión.
Fuente: El autor.
La figura 41, se muestra de acuerdo con la edad, la evolución de la resistencia en los
cilindros de concreto. La resistencia promedio alcanzada a los 28 días fue de 18 MPa.
98
Figura 41. Resistencia del concreto de acuerdo con su edad.
Fuente: El autor.
Asentamiento
La prueba de asentamiento fue realizada mediante el método del cono de Abrams
según lo especifica la norma NTC 396, en la cual fue rellenado el cono con dimensiones de
300 mm de altura, 100 mm de diámetro superior y 200 mm de diámetro inferior, con
concreto en tres capas apisonadas con 25 golpes cada una, como se observa en la figura 42.
Esto con el fin de verificar el asentamiento de la mezcla diseñada para la construcción de
los muretes en concreto, arrojando un valor de asentamiento de 185 mm lo que indica una
consistencia húmeda,
Figura 42. Ensayo de asentamiento para concreto.
Fuente: El autor.
99
Mortero
Resistencia a la compresión
Los parámetros y procedimiento para realizar el ensayo de compresión en cilindros de
mortero están dados en la norma NTC 3546 para la cual, los especímenes deben tener unas
dimensiones de 75 mm de diámetro y una altura de 150 mm.
Para este ensayo se emplearon 9 especímenes con muestra representativas de la misma
mezcla que componen los muros, para ser ensayados a tres edades diferentes (7, 14 y 28
días), fallando 3 cilindros por edad.
El montaje fue dispuesto en la máquina universal como se observa en la figura 43.
Figura 43. Cilindro de mortero sometido a compresión.
Fuente: El autor.
La figura 44 muestra de acuerdo con la edad, la evolución de la resistencia en los
cilindros de mortero. La resistencia promedio alcanzada a los 28 días fue de 14 MPa.
100
Figura 44. Resistencia del mortero de acuerdo con su edad.
Fuente: El autor.
Malla electrosoldada
Tracción en materiales metálicos
Para realizar el ensayo de tracción en la malla electrosoldada se ha tomado como
referencia la norma NTC 2, por medio de una muestra representativa sacada de la misma
malla electrosoldada. Esta fue llevada a la maquina universal en la cual fue sometida a
tracción para conocer la carga máxima antes de que el acero llegue al límite de fluencia,
figura 45. Arrojando como resultado, una resistencia a tracción de 468 MPa.
Figura 45. Prueba a tracción en la malla electrosoldada.
Fuente: El autor.
101
Cuantías de refuerzo
La cuantía de refuerzo mínima longitudinal y horizontal exigida por NSR 10 para
muros se encuentra en los apartados C.14.3.2 y C.14.3.3. El valor de cuantía mínima para
refuerzo longitudinal electrosoldado es 0.0012, pese a esto se optó por una cuantía de
0.0020 igual a la cuantía horizontal.
El área de acero longitudinal (Asl) mínima requerida, equivale al producto de la
cuantía por área neta de la sección de concreto (Ac = 40000 mm2), este producto del espesor
del alma (t = 50 mm), por la longitud del muro, (lw = 800 mm), de la sección en
consideración, por lo tanto:
Asl = 0.0020 * Ac
Asl = 80 mm2
El valor de cuantía mínima para refuerzo horizontal en los muretes es 0.0020 ya que se
empleó, refuerzo electrosoldado. El área de acero horizontal (Ast) mínima requerida,
equivale al producto de la cuantía por área neta de la sección de concreto (Acv = 40000
mm2) que resiste cortante, este producto del espesor del alma (t = 50 mm), por la longitud
del muro, (lw = 800 mm), de la sección en la dirección de la fuerza cortante, por lo tanto:
Ast = 0.0020 * Acv
Ast = 80 mm2
102
Poliestireno expandido
Resistencia a la compresión
El poliestireno expandido ha sido sometido a una carga uniforme de compresión en la
máquina universal, esto con el fin de conocer la carga máxima que puede llegar a soportar
dicho material, figura 46. Arrojando como resultado una resistencia a compresión de 0.03
MPa, por lo cual es despreciado su aporte a la resistencia del sistema.
Figura 46. Prueba de compresión en poliestireno expandido.
Fuente: El autor.
Muretes
En total han sido construidos 16 modelos de muretes, 8 con una mezcla de concreto y 8
con una mezcla de mortero, todos con las mismas dimensiones, 800 mm de ancho, 800 mm
de alto y un espesor de 150 mm. Estos muretes han sido sometidos a prueba mediante los
ensayos carga a compresión y a cortante descritos a continuación:
Resistencia a la compresión
El procedimiento seguido para este ensayo se realizó según lo exigido en la norma
NTC 3495, en la que se obtiene la máxima carga que soportan los muretes antes de su falla.
Los muretes fueron construidos y sometidos a prueba de acuerdo con los equipos
103
disponibles en el laboratorio de estructuras en la Universidad de La Salle; cada equipo fue
entregado previamente calibrado, en óptimas condiciones, bajo la supervisión y apoyo del
personal técnico encargado. El registro de datos se realizó mediante la lectura de aplicación
de la carga en el manómetro del marco de carga, y lecturas en deformímetros ubicados de
la siguiente manera: 2 deformímetros en el centro del murete, uno en cada cara; 2
deformímetros de forma paralela a la aplicación de la carga, para registrar su deformación
máxima antes de la falla, ver figura 47. Este ensayo solo es posible realizarlo después de
28 días de curado para garantizar la resistencia esperada, en la figura 48 se observa el
montaje para dicho ensayo.
Figura 47. Esquema de posición de deformímetros.
Fuente: Autores.
Figura 48. Montaje de prueba a compresión en muros de 40 cm x 40 cm.
Fuente: El autor.
104
Luego de realizar las primeras pruebas, fue necesario reducir los muros mediante una
cortadora de concreto manual; a un tamaño de 400 mm de largo, 400 mm de alto y 150 mm
de espesor, ya que la carga máxima suministrada por el marco de carga no fue suficiente
para generar los esfuerzos máximos que pueden resistir los muretes antes de la falla, en la
figura 49 el montaje para los muretes reducidos.
Figura 49. Prueba a compresión en muros de 40 cm x 40 cm.
Fuente: El autor.
Tracción diagonal
El ensayo de tracción diagonal se ha realizado mediante la norma NTC 4925, en este
ensayo al igual que en el de compresión fue necesario reducir los muros ya que la carga
máxima suministrada por el marco de carga, no fue suficiente para generar los esfuerzos
máximos que pueden resistir los muretes antes de la falla; las dimensiones iniciales fueron
de 800 mm de alto, 800 mm de largo y 150 mm de espesor, al reducirlos finalmente se
obtienen las dimensiones de 400 mm de alto, 400 mm de largo y 150 mm de espesor. El
registro de datos se realizó mediante la lectura de aplicación de la carga en el manómetro
del marco de carga, y lecturas en 5 deformímetros ubicados como se muestra en la figura
50, en la figura 51 el montaje para el respectivo ensayo.
105
Figura 50. Esquema de posición deformímetros.
Fuente: El autor.
Figura 51. Prueba a tracción diagonal en muros de 80 cm x 80 cm.
Fuente: El autor.
5.2.5. Valores teóricos
Compresión
Retomando la ecuación de resistencia axial máxima para elementos en compresión:
y reemplazando los valores definidos, se obtiene:
Concreto
f´c = 18 MPa, Ag = 20000mm2, Ast = 80 mm2, fy = 420 MPa, 𝜎 = (Pn/Ag).
106
Pn (max) = 0.75 [0.85*(18)*((20000)-(80))+(420)*(80)]
Pn (max) = 254 kN
𝜎 = 12.7 MPa
Mortero
f´m = 14 MPa, Ag = 20000mm2, Ast = 80 mm2, fy = 420 MPa, 𝜎 = (Pn/Ag).
Pn (max) = 0.75 [0.85*(14)*((20000)-(80))+(420)*(80)]
Pn (max) = 203 kN
𝜎 = 10.1 MPa
Cortante
Retomando la ecuación de capacidad nominal a cortante Vn, de muros estructurales:
y reemplazando los valores definidos, se obtiene:
Concreto
Acv = 20000mm2, n = 0.0020, f´c = 18 MPa, fy = 420 MPa, lw = 400 mm, hw = 400
mm, hw/lw ≤ 1.5 por lo tanto: αc = 0.25, τ = (Vn/Acv).
Vn = (20000)*[(0.25)*√(18)+(0.0020)*(420)]
Vn = 38 kN
107
τ = 1.9 MPa
Mortero
Acv = 20000mm2, n = 0.0020, f´m = 14 MPa, fy = 420 MPa, lw = 400 mm, hw = 400
mm, hw/lw ≤ 1.5 por lo tanto: αc = 0.25, τ = (Vn/Acv).
Vn = (20000)*[(0.25)*√(14)+(0.0020)*(420)]
Vn = 35 kN
τ = 1.8 MPa
108
6. Análisis de Resultados
En este apartado se presenta los resultados, gráficos y curvas, como producto del
procesamiento de datos obtenidos en los ensayos de compresión y cortante.
6.1. Peso unitario
Antes del montaje para cada prueba, se registró la masa y el volumen según el orden
planteado por murete, consiguiendo el peso por unidad de volumen para cada material,
como se observa en la tabla 20, modificando la enumeración de la nomenclatura, dado que
fue necesario reducir las dimensiones de las probetas; se despreciaron los modelos
iniciales, obteniendo como únicas muestras representativas del sistema, las secciones
reducidas.
Tabla 6.
Peso unitario de los especímenes.
Fuente: El autor.
Mv-01 25,14 0,024 1048
Mv-02 24,64 0,024 1027
Mv-03 23,64 0,024 985
Cv-01 28,44 0,024 1185
Cv-02 25,22 0,024 1051
Cv-03 28,08 0,024 1170
Mc-01 23,22 0,024 968
Mc-02 28,14 0,024 1173
Mc-03 23,12 0,024 1173
Cc-01 28,74 0,024 1198
Cc-02 30,7 0,024 1279
Cc-03 24,8 0,024 1033
Probeta Peso (kg) Volumen (m3)Peso Unitario
(kg/m3)
109
Con los datos registrados anteriormente se comparan los datos promedio para los dos
materiales, como se observa en la figura 52.
Figura 18. Peso unitario promedio de muretes.
Fuente: El autor.
El concreto, con respecto al mortero, presenta una diferencia del 15% en su peso
unitario, esto debido a los agregados presentes en él; ya que el mortero por su condicion, se
compone solo de un agregado fino como lo es la arena de peña.
6.2. Comportamiento mecánico del sistema
Luego de someter los especímenes de mortero y de concreto, a pruebas ante fuerzas de
compresión y de cortante, se obtienen datos de carga y desplazamiento; estos se procesan y
se analizan reflejando el comportamiento de cada material, para finalmente ser comparados
entre sí.
6.2.1. Compresión
En los ensayos a compresión, se registraron lecturas de datos de carga axial en el
marco de carga, así como dezplazamientos axiales y laterales por medio de deformimetros
110
ubicados en los especimenes sometidos a prueba como se observa en la figura 53, para
representar su comportamiento y comparar los dos materiales entre sí.
Figura 19. Ubicación de deformímetros en muros sometidos a compresión.
Fuente: El autor.
En la figura 54, se observa el comportamiento axial a compresión.
Figura 20. Comportamiento Axial a Compresión.
Fuente: El autor.
Los resultados en las pruebas a compresión muestran que los muros fabricados con
mezcla de concreto tienden a desarrollar una resistencia mayor en comparación con los
muros construidos con mezcla de mortero, pero la variación de datos de acuerdo con su
111
comportamiento es notoria, es decir, el coeficiente de variación de las probetas de concreto
es de 22,9%; en el caso de los muros con mortero, a pesar de que su capacidad de resistir
esfuerzos a compresión es menor, en las 3 probetas de ensayo su coeficiente de variación
es de 11,3%. En cuanto se refiere a deformaciones, el coeficiente de variación en el
concreto fue del 0,9% mientras que en el mortero es de 10,1%. En la figura 55 se observa
el comportamiento en sentido lateral.
Figura 21. Comportamiento Lateral.
Fuente: El autor.
Por las condiciones de la prueba y la ubicación de los deformímetros no se registraron
lectura de la totalidad de los datos hasta el momento de la falla, por tal motivo solo se
interpreta su desplazamiento lateral inicial, observando comportamiento similar entre los
dos materiales; también se evidenció falta de adherencia entre el concreto o mortero y el
112
panel, así como el desprendimiento de los conectores restringiendo su capacidad carga,
figura 56.
Figura 22. Falla por compresión.
Fuente: El autor.
En la figura 57 se ilustra una comparativa de carga máxima a compresión entre el
sistema en concreto y el sistema en mortero. La máxima carga promedio alcanzada por los
muros en mortero fue de 81 kN, al compararla con la máxima carga axial teórica esperada
de 203 kN, se asume que el sistema de muros en mortero desarrollo un 40 % de su
capacidad de carga. En cuanto a los muros en concreto, su carga máxima promedio
alcanzada fue de 118 kN, al compararla con la máxima carga axial teórica esperada de 254
kN, se asume que el sistema de muros en concreto desarrollo un 47 % de su capacidad de
carga.
Figura 23. Carga Máxima a Compresión.
Fuente: El autor.
113
La carga máxima promedio a compresión registrada por el sistema en concreto fue de
118 kN, la carga máxima promedio registrada por el sistema en mortero fue de 81 kN, al
comparar estos resultados se obtiene que el sistema en concreto soporto un 46 % más de
carga con respecto a la que soporto el sistema en mortero. Debido a que el área neta donde
se generan los esfuerzos es la misma para ambos sistemas (20000 mm2), estos esfuerzos
presentan un comportamiento similar al de la carga, es decir, el sistema en concreto es
capaz de resistir un 46% más de esfuerzo que el sistema en mortero, registrando así, un
esfuerzo de 4.3 MPa para el sistema en mortero y un esfuerzo de 6.3 MPa para el sistema
en concreto, como se observar en la figura 58.
Figura 24. Esfuerzo a Compresión.
Fuente: El autor.
En la figura 59 la correspondiente curva promedio esfuerzo deformación, generada
para cada sistema. Cabe resaltar que en el análisis no se tiene en cuenta la resistencia a la
compresión del poliestireno expandido debido a que su resistencia es muy pequeña con
respecto a la resistencia del concreto y el mortero.
114
Figura 25. Esfuerzo vs deformación unitaria en muretes sometidos a compresión.
Fuente: El autor.
Las deformaciones unitarias de los muretes tanto en concreto como en mortero se
presentan en la tabla 21.
Tabla 7.
Deformaciones unitarias de muretes.
Fuente: El autor.
La deformación unitaria promedio máxima a compresión presentada en los muretes en
concreto es de 0,0015, mientras que en el mortero es de 0,0013.
Murete ε (mm/mm) Murete ε (mm/mm)
Cc-01 0,0015 Mc-01 0,0012
Cc-02 0,0016 Mc-02 0,0015
Cc-03 0,0015 Mc-03 0,0013
Promedio 0,0015 Promedio 0,0013
115
Módulo de elasticidad
El módulo de elasticidad o módulo de Young (E) de los muretes en concreto y los de
mortero se define como la pendiente de la secante trazada desde un esfuerzo nulo hasta un
esfuerzo de compresión correspondiente al 45% del esfuerzo máximo a compresión, en la
curva esfuerzo deformación unitaria (σ/ε), en la tabla 22 los módulos de elasticidad para el
sistema en mortero.
Tabla 8.
Módulos de elasticidad de los muretes en mortero.
Fuente: El autor.
En la tabla 23 los módulos de elasticidad para el sistema en concreto.
Tabla 9.
Módulos de elasticidad de los muretes en concreto.
Fuente: El autor.
Los muretes fabricados con concreto son 8% más rígidos a compresión que los muretes
construidos con mortero, es decir, su comportamiento es más eficiente frente a esfuerzos
axiales.
Murete σ (MPa) ε (mm/mm) Em (MPa)
Mc-01 1,94 0,0005 3586
Mc-02 2,20 0,0008 2695
Mc-03 1,67 0,0008 2177
2819Promedio
Mortero
Murete σ (MPa) ε (mm/mm) Ec (MPa)
Cc-01 3,34 0,0008 4032
Cc-02 3,21 0,0012 2652
Cc-03 1,91 0,0008 2513
3066Promedio
Concreto
116
6.2.2. Cortante
En los ensayos a cortante, las lecturas para el registro de datos se efectuaron de la
misma manera que en los ensayos de compresión, en la figura 60 los desplazamientos
registrados.
Figura 26. Posición deformímetros en muretes sometidos a cortante.
Fuente: El autor.
En la figura 61 se observa el comportamiento de la carga a cortante.
Figura 27. Comportamiento a Cortante.
Fuente: El autor.
La máxima carga promedio a cortante alcanzada por los muros en mortero fue de 18
kN, al compararla con la máxima carga a cortante teórica esperada de 35 kN, se asume que
117
el sistema de muros en mortero desarrollo un 51 % de su capacidad de carga a cortante. En
cuanto a los muros en concreto, su carga máxima promedio alcanzada fue de 37 kN, al
compararla con la máxima carga axial teórica esperada de 38 kN, se asume que el sistema
de muros en concreto desarrollo un 97 % de su capacidad de carga.
Los resultados en los ensayos a cortante muestran que el comportamiento de los muros
construidos con concreto tiene una diferencia del 106% con respecto a los muros en
mortero, el coeficiente de variación en cuanto a cargas, de las probetas de concreto fue de
8,8% mientras que el del mortero fue de 10,1%. En cuanto a su coeficiente de variación
con respecto a las deformaciones se obtuvo 5,6% para el concreto mientras que el del
mortero es del 5,2%. En la figura 62 el comportamiento en sentido Horizontal.
Figura 28. Comportamiento Horizontal.
Fuente: El autor.
118
Por las condiciones de la prueba y la ubicación de los deformímetros no se registró la
totalidad de lectura de datos hasta el momento de la falla, por tal motivo solo se interpreta
su desplazamiento horizontal, observando una clara diferencia entre los dos materiales,
presentando el concreto mayor capacidad de carga y mayores desplazamientos horizontales
En la figura 63 se representa el desplazamiento lateral, en ella se observa que el
comportamiento inicial de ambos materiales es similar, pero a medida que la carga
aumenta el concreto presenta mayor resistencia y su deformación tiende a ser semejante en
las 3 pruebas realizadas a los muretes en concreto; en el caso del mortero sus resistencias
son parecidas pero su comportamiento con respecto a la deformación que presenta cada
probeta no tiene una tendencia clara.
Figura 29. Comportamiento lateral.
Fuente: El autor.
119
En la figura 64 la falla por cortante, presentada por un murete en mortero, como
también la desconfiguración del sistema después de la falla y la falta de adherencia al
núcleo de poliestireno.
Figura 30. Falla por cortante.
Fuente: El autor.
En la figura 65 se comparan las cargas máximas soportadas a cortante entre el sistema
en concreto y el sistema en mortero.
Figura 31. Carga Máxima a Cortante.
Fuente: El autor.
120
La carga máxima promedio a cortante registrada por el sistema en concreto fue de 37
kN, la carga máxima registrada por el sistema en mortero fue de 18 kN, al comparar estos
dos datos tenemos que la carga máxima soportada por el sistema en concreto difiere en un
106%, con respecto a la carga máxima soportada por el sistema en mortero. Algo muy
similar ocurre respecto a los esfuerzos, al distribuir esta carga en el área neta de la sección
(20000 mm2), registrándose un esfuerzo cortante de 0,63 MPa para el sistema en mortero y
un esfuerzo cortante de 1,31MPa para el sistema en concreto, es decir, el sistema
construido con concreto es 2 veces más resistentes a esfuerzos cortantes que el sistema
construido con mortero, como se observa en la figura 66.
Figura 32. Esfuerzos Cortante.
Fuente: El autor.
En la figura 67, la correspondiente curva promedio esfuerzo cortante deformación
angular, generada para cada sistema. Es de resaltar que el sistema en concreto, en los
presentes ensayos de cortante, fue el que en promedio registro el valor más cercano al valor
teórico esperado, registrando un desarrollo del 97% de su capacidad a cortante.
121
Figura 33. Esfuerzo vs deformación angular.
Fuente: El autor.
Las deformaciones angulares de los muretes tanto en concreto como en mortero se
presentan en la tabla 24.
Tabla 10.
Deformaciones angulares de los muretes.
Fuente: El autor.
La deformación angular promedio a cortante presentada antes de la falla en los muretes
en concreto es de 0,0017, mientras que en el mortero es de 0,0012.
Murete γ Murete γ
Cv-01 0,0015 Mv-01 0,0011
Cv-02 0,0018 Mv-02 0,0014
Cv-03 0,0017 Mv-03 0,0011
Promedio 0,0017 Promedio 0,0012
122
Módulo de Rigidez
El módulo de elasticidad a cortante o módulo de rigidez (G), es obtenido a partir de la
relación Ss/γ. Se calcularon los módulos de cada murete sometido a esfuerzos a cortante
como se observa en la tabla 25 y en la tabla 26, para luego realizar un promedio con el fin
de obtener un solo valor de G para cada sistema.
Tabla 11.
Módulos de rigidez de los muretes en mortero.
Fuente: El autor.
El módulo de rigidez promedio para el sistema en mortero es de 525 MPa.
Tabla 12.
Módulos de rigidez de los muretes en concreto.
Fuente: El autor.
El módulo de rigidez promedio para el sistema en mortero es de 794 MPa.
El sistema en concreto al registrar un módulo de rigidez de 794 MPa, este es 34% más
rígido en comparación con el sistema en mortero el cual registro un módulo de rigidez de
525 MPa.
Murete Ss (MPa) γ G (Mpa)
Mv-01 0,55 0,0011 496
Mv-02 0,66 0,0014 471
Mv-03 0,70 0,0011 609
525Promedio
Mortero
Murete Ss (MPa) γ G (Mpa)
Cv-01 1,47 0,0015 958
Cv-02 1,23 0,0018 703
Cv-03 1,22 0,0017 719
794Promedio
Concreto
123
6.2.3. Relación de Poisson
Además del módulo elástico y módulo de rigidez, el coeficiente de poisson (ν) también
define las propiedades mecánicas del sistema, en este caso los muretes. El módulo de
poisson es la relación entre la deformación lateral y la deformación axial en una probeta
con carga axial.
Se calcularon las relaciones de poisson en cada murete para luego ser promediadas y
obtener que el sistema en mortero conserva una relación de poisson de 0,36, mientras que
el sistema en concreto conserva una relación de poisson de 0,28 como se observa en la
tabla 27.
Tabla 13.
Relación de poisson en muretes.
Fuente: El autor.
En la tabla 28 así como en la tabla 29, se presenta en resumen de los parámetros
mecánicos hallados en la presente investigación:
Murete γhorizontal γvertical ν
Mv-01 0,00013 0,0011 0,12
Mv-02 0,00076 0,0014 0,55
Mv-03 0,00047 0,0011 0,41
0,36
Murete γhorizontal γvertical ν
Cv-01 0,00031 0,0015 0,20
Cv-02 0,00058 0,0018 0,33
Cv-03 0,00052 0,0017 0,31
0,28Promedio
Promedio
Concreto
Mortero
124
Tabla 14.
Comportamiento mecánico en muretes de concreto.
Fuente: El autor.
Tabla 15.
Comportamiento mecánico en muretes de mortero.
Fuente: El autor.
En general, el sistema en concreto presenta mejor comportamiento que el sistema en
mortero como se observó en cada parámetro hallado en esta investigación, por tal motivo,
su comportamiento mecánico es más eficiente, por lo cual es el material ideal para emplear
en la conformación del sistema de muros aligerados con poliestireno expandido con fines
estructurales.
Carga
máxima
Resistencia a
esfuerzos de
compresión
Módulo de
Young
Carga
máxima
Resistencia a
esfuezos de
cortente
Módulo de
Rigidez
Relación
de
Poisson
Pmax (kN) σmax (MPa) Ec (MPa) Vmax (kN) Ssmax (MPa) Gc (MPa) ν
Cc-01 139,9 3,34 4032 Cv-01 42 1,47 958 0,20
Cc-02 134,5 3,21 2652 Cv-02 35 1,23 703 0,33
Cc-03 80,1 1,91 2513 Cv-03 34 1,22 719 0,31
Promedio 118,2 2,82 3066 Promedio 37 1,31 794 0,28
D.E. 33,1 0,79 840 D.E. 4 0,14 142 0,07
C.V. 0,28 0,28 0,27 C.V. 0,11 0,11 0,18 0,25
Valores
Nominal254 kN 12,7 MPa
Valores
Nominal38 kN 1,9 MPa
Murete Murete
Carga
máxima
Resistencia a
esfuerzos de
compresión
Módulo de
Young
Carga
máxima
Resistencia a
esfuezos de
cortente
Módulo de
Rigidez
Relación
de
Poisson
Pmax (kN) σmax (MPa) Em (MPa) Vmax (kN) Ssmax (MPa) Gm (MPa) ν
Mc-01 81 1,94 3586 Mv-01 15 0,55 496 0,12
Mc-02 92 2,20 2695 Mv-02 19 0,66 471 0,55
Mc-03 70 1,67 2177 Mv-03 20 0,70 609 0,41
Promedio 81 1,94 2819 Promedio 18 0,63 525 0,36
D.E. 11,17 0,27 712,64 D.E. 2,22 0,08 73,64 0,22
C.V. 0,14 0,14 0,25 C.V. 0,12 0,12 0,14 0,60
Valores
Nominal203 kN 10,1 MPa
Valores
Nominal35 kN 1,8 MPa
MureteMurete
125
7. Conclusiones
Es de vital importancia conocer las características de cada uno de los materiales
empleados en la construcción del sistema evaluado, ya que en base a dichas características
se puede contar con un primer acercamiento al comportamiento que pueda presentar, esto
dependiendo del adecuado control en cada uno de los procesos en los que se empleen
dichos materiales ya sea individualmente o en conjunto, según su aplicación, cumpliendo
con la normativa técnica vigente para cada caso en estudio.
Si los agregados son materiales porosos, el comportamiento del sistema de muros
aligerados con poliestireno expandido se verá afectado, en cuanto a algunas propiedades
mecánicas, como adherencia, resistencia, desempeño y durabilidad.
Los muros aligerados con poliestireno expandido tienen mayor rigidez axial y a
cortante cuando el concreto es el material utilizado para su construcción, es decir, si el
material escogido es el concreto su rigidez axial es 8% mayor y su rigidez a cortante es
34% mejor que cuando son construidos con mortero.
El reglamento Colombiano NSR-10 recomienda el diseño y construcción de este
sistema como muros de concreto reforzado, por lo tanto, los requisitos de
dimensionamiento, cuantías de refuerzo y espesores deben cumplirse estrictamente; La
aplicación de mortero como material de recubrimiento implicaría reducciones
significativas en resistencia y estabilidad, especialmente en muros sometidos a
compresiones altas.
126
El sistema de muros aligerados, al ser un conjunto monolítico de transmisión y soporte de
cargas, no permite ejecutar modificaciones al interior de la edificación si se considera como
elemento estructural, ya que puede ocasionar que la estructura presente fallas, lo que
ocasionaría fisuras y el colapso de los muros.
A pesar de la aplicación que se tiene hasta el momento del panel en Colombia, se observa
que no existe un método de cálculo estructural a seguir que permita establecer las capacidades
mecánicas del panel, se justifica la aplicabilidad del panel como un sistema constructivo con
resultados experimentales, pero no se detalla un procedimiento estructural claro, que siga la
normativa vigente.
La principal desventaja al considerar esta tecnología como solución estructural es que
no se cuenta con documentos técnicos completos y especializados para el análisis y diseño
de los elementos constitutivos; solamente existe una miscelánea de estudios de laboratorio
reunidos alrededor del mundo que arrojan resultados precisos y exactos bajo los
lineamientos propios de la práctica constructiva en el respectivo país de análisis. Esto no es
objeto de aceptación general o global dado las diferencias en materiales, prácticas
constructivas y de diseño de los diversos países.
Este trabajo ha sido planteado con el objetivo principal de evaluar el comportamiento
mecánico del sistema de construcción de muros aligerados con poliestireno expandido lo
cual se entiende ha sido logrado satisfactoriamente.
127
Alguna de las ventajas y desventajas del sistema constructivo de muros aligerados con
poliestireno expandido son identificadas a continuación, de acuerdo con la investigación y
la literatura.
Ventajas Desventajas
Concreto Mortero Concreto Mortero
Es 47 % más liviano
que un muro macizo
Es 51 % más liviano
que un muro macizo
Sin control ni
seguimiento adecuado
en su construcción
Sin control ni
seguimiento adecuado
en su construcción
Resistencia a la
compresión 1.4 veces
mayor que el mortero
Es 13% más
económico que el
concreto
El calibre del panel es
directamente
proporcional con su
costo.
El calibre del panel es
directamente
proporcional con su
costo.
Resistencia al corte 2
veces mayor que el
mortero
Tiempos de
fabricación, transporte,
puesta en obra, mano
de obra, materia prima,
materiales e insumos.
Poca adherencia entre
el poliestireno
expandido con la
mezcla de concreto
Poca adherencia entre
el poliestireno
expandido con la
mezcla de mortero
Es 17% más rígido que
un muro fabricado con
mortero.
Compatibilidad con
otros sistemas
constructivos
No soportan esfuerzos
con la misma
eficiencia que muros
macizos
Tiempos de
fabricación, transporte,
puesta en obra, mano
de obra, materia prima,
materiales e insumos.
Se omite el uso de las
formaletas
Compatibilidad con
otros sistemas
constructivos.
Aislante térmico y
acústico dependiente
al espesor y densidad
del poliestireno
expandido.
Se omite el uso de las
formaletas.
Aislante térmico y
acústico dependiente
al espesor y densidad
del poliestireno
expandido.
128
8. Recomendaciones
Como recomendación general, respecto al procedimiento constructivo, es esencial
disponer del cumplimiento estricto de las normas de higiene y seguridad en la
construcción.
Los paneles son comercializados por algunas empresas que cumplen estrictas normas
de calidad; Se recomienda que la calidad de la mezcla, medida primeramente en la
obtención de la resistencia a compresión necesaria, en la manejabilidad y adherencia con el
panel tipo, sean satisfechas a cabalidad en toda la obra que se proyecta.
La mezcla de concreto no debe tener una consistencia seca ya que el espaciamiento
entre la formaleta y la malla electrosoldada y entre el poliestireno expandido y la malla
electrosoldada, es demasiado pequeño y esto hará que se reduzcan los vacíos presentes en
la mezcla una vez terminada su fundición.
Se recomienda concretos antideslizantes, ya que mantiene su acción tixotrópica que
permite el endurecimiento del concreto después de su colocación, además disminuye y
controla la segregación y tiene un mínimo efecto en las características de fraguado. Otra
ventaja es que durante su colocación no se pierden los finos de la pasta y además reduce el
impacto ambiental marino, debido a que la pasta del concreto no se dispersa en el agua, lo
cual evita la destrucción o afectación de los ecosistemas.
Para garantizar una medición coherente, es recomendable utilizar equipos
automatizados y de alta precisión para realizar los ensayos de compresión y tracción
129
diagonal puesto que las deformaciones son imperceptibles para el ojo humano, pero son de
suma importancia para cálculos ingenieriles.
Debido al espesor de los muros, se producen efectos de pandeo bajo cargas axiales en
la estructura; esto limita al sistema de muros a tener alturas de entrepiso menores a 2.50 m,
Se recomienda realizar ensayos sísmicos, modelos numéricos y experimentales para
determinar su comportamiento ante este tipo de solicitaciones, complementando la
metodología propuesta, para implementarla en lugares con alto riesgo sísmico.
Se recomienda que haya una próxima investigación continuando con este tema que
pueda resolver las falencias encontradas en esta investigación tales como: adherencia, y un
diseño a cortante estableciendo cuantías de refuerzo lateral capaces de garantizar un
esfuerzo cortante coherente.
Una recomendación muy necesaria, aunque costosa, es la realización de una prueba de
una vivienda a escala que permita determinar todos los parámetros a considerar en análisis
sísmicos tales como la ductilidad global y local de los elementos, el rango de periodos
típicos que se presentan en este tipo de obra con paneles y las características de
amortiguamiento.
130
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136
Anexo A Resultados de ensayos de laboratorio
137
ARENA DE RÍO
Granulometría
Para la realización de este ensayo la norma exige una muestra mínima de 300 g para el
agregado fino. Para este caso se utilizaron 1220 g de arena de río la cual fue pasada por 12
tamices de diferente abertura como es mostrado en la siguiente tabla:
En la siguiente tabla se muestra la granulometría de este agregado:
Al comprar con la norma NTC 174 donde habla de los requisitos para agregado fino se
obtuvo que:
Tamiz # Peso retenido (g) Ret (%) Ret Acum (%) Pasa (%)
1" 0 0,00 0,0 100,0
3/4" 0 0,00 0,0 100,0
5/8" 0 0,00 0,0 100,0
1/2" 0 0,00 0,0 100,0
3/8" 0 0,00 0,0 100,0
N° 4 45 3,69 3,7 96,3
N°8 157 12,87 16,6 83,4
N°16 265 21,72 38,3 61,7
N°30 137 11,23 49,5 50,5
N° 50 249 20,41 69,9 30,1
N°100 266 21,80 91,7 8,3
N°200 87 7,13 98,9 1,1
Fondo 12 0,98 99,8
138
Se sabe que al sumar los porcentajes retenidos acumulados en los tamices del N°8 al
N°100 y dividiendo la suma en 100 se obtiene el módulo de finura. Para este caso, el módulo
de finura es de 2.70, el cual está dentro de 2.3 y 3.1, los rangos permitidos por la norma.
El porcentaje de error es calculado de la siguiente manera:
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =𝐴 − 𝐵
𝐴∗ 100
Donde:
A= Peso inicial de la muestra de ensayo
B= ∑ Peso retenido total en los tamices
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =1220−1218
1220∗ 100 = 0,16%
139
Equivalente de arena
Las lecturas obtenidas de este ensayo se muestran a continuación:
𝐸𝐴 =𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎∗ 100
𝐸𝐴 =10.3
11.3∗ 100 = 91.2
La norma exige que se redondeen los resultados a números enteros lo cual quiere decir
que el EA de este agregado es de 92. Este resultado indica que este agregado posee 8% de
arcillas aproximadamente, lo que es esperado ya que en la arena de río las partículas
arcillosas no son comunes.
Densidad y absorción
Una vez realizado el ensayo se tiene que:
1 11,3 10,3 91,2 92
2 11,3 10,3 91,2 92
3 11,1 10,2 91,9 92
92
Equivalente de arena
Prueba No.Arcilla
(mm)
Arena
(mm)EA (%)
EA aproximado
(%)
Promedio
476
648
500
954
Peso muestra seca (g)
Peso picnómetro l leno con agua (g)
Peso de la muestra sss (g)
Peso picnómetro + muestra + agua hasta
marca de ca l ibración (g)
140
Para el cálculo de las densidades y la absorción de la arena de río se tienen las siguientes
fórmulas:
A continuación, se muestran los resultados de las densidades en la siguiente tabla:
𝐷 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =𝐴
𝐵 + 𝑆 − 𝐶∗ 0.9975
𝐷 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑆𝑆 =𝑆
𝐵 + 𝑆 − 𝐶∗ 0.9975
𝐷 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 =𝐴
𝐵 + 𝐴 − 𝐶∗ 0.9975
% 𝐴𝑏𝑠 =𝐵 − 𝐴
𝐵∗ 100
Donde:
A = Peso seco (g)
B = Peso del picnómetro lleno con agua (g)
S = Peso de la muestra SSS (g)
C = Peso picnómetro + muestra + agua hasta marca de calibración (g)
𝐷 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =476
648+500−954∗ 0.9975 = 2,45 g/cm3
𝐷 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑆𝑆𝑆 =500
648+500−954∗ 0.9975 = 2,57 g/cm3
141
𝐷 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 =476
648+476−954∗ 0.9975 = 2,79 g/cm3
% 𝐴𝑏𝑠 =648 − 476
648∗ 100 = 5,04
Masas unitarias
Se hicieron las masas unitarias por los métodos apisonado y por paleo. Para cada método
se hicieron 3 repeticiones para realizar un promedio de estos.
Las masas unitarias son calculadas de la siguiente manera:
𝑀 =𝐺 − 𝑇
𝑉
Donde:
M = Masa unitaria
G = Masa del molde con agregado
T = Masa del molde
V = Volumen del molde en m3
Dens idad aparente (g/cm3) 2,45
Dens idad aparente SSS (g/cm3) 2,57
2,79
5,04
Dens idad nominal (g/cm3)
Absorción (%)
142
𝑀 =8,617−4,61
0,002985=1342,4 kg/m3
Una vez se calculen las masas unitarias se debe hacer un promedio de la siguiente
manera:
𝑀 =1342,4+1354,8+1358
3=1351,7 kg/m3
La tabla siguiente muestra las masas unitarias resultantes:
ARENA DE PEÑA
Granulometría
En este caso la muestra tomada para realizar el ensayo fue de 1100 g. En la siguiente
tabla se observa la granulometría de la arena de peña:
143
Este agregado también fue comparado con la NTC 174.
El módulo de finura obtenido es: 2,52.
El porcentaje de error para la granulometría del agregado fino de peña es:
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =1100−1097
1100∗ 100 = 0,27%
Tamiz # Peso retenido (g) Ret (%) Ret Acum (%) Pasa (%)
1" 0 0,00 0,0 100,0
3/4" 0 0,00 0,0 100,0
5/8" 0 0,00 0,0 100,0
1/2" 0 0,00 0,0 100,0
3/8" 0 0,00 0,0 100,0
N° 4 9 0,82 0,8 99,2
N°8 175 15,91 16,7 83,3
N°16 188 17,09 33,8 66,2
N°30 83 7,55 41,4 58,6
N° 50 292 26,55 67,9 32,1
N°100 259 23,55 91,5 8,5
N°200 12 1,09 92,5 7,5
Fondo 79 7,18 99,7
144
Equivalente de arenas
Para la arena de peña las lecturas obtenidas en el ensayo fueron:
El equivalente de arena en este agregado es aproximadamente de 25%, lo cual indica
que posee un alto contenido de partículas arcillosas.
Densidad y absorción
A continuación, se tienen los datos obtenidos en el ensayo:
Se muestran las densidades y absorción de la arena de peña utilizada en la construcción
de los muretes:
1 29,8 7,5 25,2 26
2 31,4 7,6 24,2 25
3 31 7,2 23,2 24
25
EA aproximado
(%)
Equivalente de arena
Promedio
Prueba No. arcilla (mm) arena (mm)Equivalente de
Arena (%)
482,5
650
500
Peso muestra seca (g)
Peso picnómetro l leno con agua (g)
Peso de la muestra sss (g)
Peso picnómetro + muestra + agua hasta
marca de ca l ibración (g) 955
145
Masas unitarias
Las masas unitarias suelta y apisonada correspondiente a la arena de peña es evidenciada
a continuación:
Dens idad aparente (g/cm3) 2,47
Dens idad aparente SSS (g/cm3) 2,56
2,71
3,63
Dens idad nominal (g/cm3)
Absorción (%)
146
AGREGADO GRUESO
Granulometría
La muestra inicial del agregado grueso fue de 4005 g, y con esta se realizó el análisis
granulométrico. La granulometría obtenida para el agregado grueso se muestra en la
siguiente tabla:
En la norma NTC 174 en el apartado de los requerimientos de los agregados gruesos, se
tienen los límites en donde el agregado debe estar, así como se muestra a continuación:
Tamiz # Peso retenido (g) Ret (%) Ret Acum (%) Pasa (%)
1" 0 0,00 0,0 100,0
3/4" 0 0,00 0,0 100,0
5/8" 20 0,50 0,5 99,5
1/2" 286 7,14 7,6 92,4
3/8" 1165 29,09 36,7 63,3
N° 4 2056 51,34 88,1 11,9
N°8 201 5,02 93,1 6,9
N°16 87 2,17 95,3 4,7
N°30 71 1,77 97,0 3,0
N° 50 53 1,32 98,4 1,6
N°100 40 1,00 99,4 0,6
N°200 18 0,45 99,8 0,2
Fondo 6 0,15 100,0
147
De la misma manera a los agregados finos, se calcula el porcentaje de error:
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =4005−4003
4005∗ 100 = 0,05%
Densidad y absorción
A continuación, se muestran los datos obtenidos en las balanzas:
Por medio de las ecuaciones propuestas en la norma se conocen los resultados como se
muestran a continuación:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝐻) =𝐴
𝐵 − 𝐶
2950
3000
1799
Peso de la muestra sss (g)
Peso en la canasta sumergida (g)
Peso muestra seca (g)
148
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝑆𝑆) =𝐵
𝐵 − 𝐶
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =𝐴
𝐴 − 𝐶
% 𝐴𝑏𝑠 =𝐵 − 𝐴
𝐴∗ 100
Donde:
A = Masa en el aire de la muestra de ensayo secada al horno en g.
B = Masa en el aire de la muestra de ensayo saturada y superficialmente seca en g.
C = Masa aparente en el agua de la muestra de ensayo saturada en g.
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝐻) =2950
3000 − 1799= 2,46
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑆𝑆𝑆) =3000
3000 − 1799= 2,50
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =2950
2950 − 1799= 2,56
% 𝐴𝑏𝑠 =3000 − 2950
2950= 1,69 %
2,46
2,50
2,56
1,69
Densidad relativa
Densidad relativa SSS
Densidad relativa aparente
Absorción (%)
149
Masas unitarias
Para mostrar las masas unitarias del agregado grueso es necesario observar la siguiente
tabla:
Cemento
Densidad
A continuación, se muestran las lecturas y la densidad obtenida para el cemento utilizado
para la fabricación de los muretes:
El cálculo de la densidad del cemento se calcula de la siguiente manera:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝐴
𝐶 − 𝐵
0,5
21,2
64
3,09
Peso cemento ( g)
Densidad (g/cm3)
Lectura inicial (cm3)
Lectura final (cm3)
150
Donde:
A = 64g
B = Lectura inicial
C = Lectura final
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =64
21,2−0,5= 3,09𝑘𝑔/𝑐𝑚3
POLIESTIRENO EXPANDIDO
El poliestireno expandido ha sido sometido a pruebas de compresión en la máquina
universal y tuvo como resultado un esfuerzo máximo a compresión de 0,03MPa.
151
MALLA ELECTROSOLDADA
La resistencia a la tracción en la malla electrosoldada fue determinada mediante una
prueba a la tracción en la máquina universal. A continuación, se muestran los resultados:
El esfuerzo máximo a tracción soportado por la malla electrosoldada fue de 468 MPa.
152
Anexo B Diseño de mezclas
153
Diseño de mezcla de concreto
Es necesario combinar el agregado fino con el grueso en una proporción adecuada por
eso se realiza la combinación de material por el método iterativo. A continuación, se muestra
la combinación de los 2 materiales:
Como resultado se utilizará el 57% de la grava fina y un 43% de la arena de rio.
Una vez obtenido el porcentaje de agregados tanto fino como grueso para ser utilizados
en la mezcla de concreto, se procede con el diseño de esta.
Se comienza escogiendo la consistencia de la mezclo, en este caso se necesita que sea
muy húmeda debido a que el espaciamiento entre la formaleta y la malla electrosoldada es
muy pequeño (1,3cm).
154
Con el asentamiento ya escogido, es decir, de 150mm a200mm y con el tamaño máximo
nominal del agregado en conjunto, se tiene la cantidad de agua recomendada en kg/m3.
155
Interpolando entre los valores señalados en la tabla anterior se obtiene una cantidad de
agua de 230,8 kg/m3.
Como se quiere diseñar para 21MPa la norma recomienda un factor de seguridad para la
resistencia cuando no se tienen datos disponibles para establecer una desviación estándar de
la muestra. Este factor de seguridad aumenta la resistencia de diseño a 29,3MPa.
Con la resistencia definida ya es posible definir la relación A/C utilizando la siguiente
figura:
156
La relación A/C obtenida es de 0,41 y a partir de este valor es posible hallar la cantidad
de cemento por metro cúbico:
𝐴
𝐶= 0,41
𝐶 =𝐴
0,41
𝐶 = 562,9𝑘𝑔/𝑚3
Luego se calcula la cantidad en peso de los agregados.
𝑉𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 + 𝑉𝑎𝑔𝑢𝑎 + 𝑉𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1𝑚3
𝑉𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 1 − (𝑊𝑎𝑔𝑢𝑎
𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎) − (
𝑊𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝜌𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜)
𝑉𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 1 − (230,8
997) − (
562,9
3091,79) =0,5864m3
Una vez conocido el volumen de los agregados combinados se divide por la densidad de
estos, para esto es necesario hacer una densidad promedio de la siguiente manera:
𝜌𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =1
(%𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑜
𝜌𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑜 ) + (
%𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜
𝜌𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑜)
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 2.51𝑔/𝑐𝑚3
Ahora, para obtener el peso total de los agregados:
157
𝑊𝐴𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 𝜌𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 ∗ 𝑉𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 = 1471,1 𝑘𝑔
Luego la masa de los agregados se multiplica por el porcentaje de cada material
obteniendo:
𝑊𝑔𝑟𝑎𝑣𝑎 = 838,5𝑘𝑔/𝑚3
𝑊𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 632,6𝑘𝑔/ 𝑚3
Las proporciones iniciales quedan de la siguiente manera:
1: 1,13: 1,49
Como el material estaba en estado húmedo al momento de hacer la mezcla y los
laboratorios se hicieron con material seco, se debe hacer una corrección por humedad para
tener en cuenta el porcentaje de agua que tienen de más los agregados
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 ∗ 𝑊𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜
𝑀𝑎𝑠𝑎 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 ∗𝑊𝑛 + 100
100
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎 − 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎
MaterialProporción
inicial
Masa seca
(kg)
Masa
húmeda (kg)
Agua agregada
(kg)
Absorción
(kg)
Agua libre
(kg)
Aporte
(kg)
Agua 0,41 230,8 - - - - -
Cemento 1 562,9 - - - - -
Arena 1,13 633,4 681,90 48,46 31,94 16,52 -
Grava 1,49 839,7 849,76 10,08 14,23 -4,16 12,36
158
𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 ∗%𝐴𝑏𝑠
100
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 = 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑟𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜 − 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 = ∑ 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒
Luego el agua de la mezcla es corregida restando el aporte dando como resultado:
𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 230,8 − 12,36 = 218,44 𝑘𝑔/𝑚3
Por lo tanto, la relación A/C final de la mezcla es:
𝐴
𝐶=
218,44
562,9 = 0,39
Las proporciones finales para el diseño de mezcla de concreto a utilizar:
1: 1,13: 1,49
Nota: En las proporciones el único parámetro que varía es la cantidad de agua por lo tanto las cantidades
de los agregados no varían.
Diseño de mezcla de mortero
El mortero se diseñó con una consistencia dura, es decir, una fluidez entre 80% y 100%
debido a que requería ser vibrado para garantizar que el porcentaje de vacíos en los muretes
fuera bajo.
159
Luego de esto, se escoge la resistencia de diseño que para este caso es un mortero tipo
M con resistencia de 12,5 MPa
Debido a que no se tienen más de 15 ensayos de compresión en cubos realizados, se
debe tener en cuenta un factor de seguridad de 1,35 para mayorar la resistencia del mortero
𝑅′𝑚𝑚 = 1,35 ∗ 𝑅′𝑚
Donde:
R’mm = Resistencia mayorada de diseño en kg/m2
R’m = Resistencia de diseño en kg/m2
𝑅′𝑚𝑚 = 1,35 ∗ 125 = 168,5 kg/m2
Con la resistencia ya determinada se procede a encontrar la relación A/C apropiada:
160
Dando como resultado una relación A/C de 0,61
Con el módulo de finura hallado en los laboratorios de caracterización y la resistencia
de diseño se encuentra el contenido de cemento para 1 m3.
El contenido de cemento para este diseño de mezcla de mortero es de 485 kg/m3
161
Con estos valores encontrados es posible hallar el contenido de agua de la mezcla
despejando A/C:
𝐴 = 0,61 ∗ 485 = 295,85 kg/m3
Una vez conocidos estos valores se procede a encontrar el contenido de la arena de peña
de la siguiente manera:
Donde:
Vf = Volumen absoluto del agregado
Gc = Densidad del cemento
GA = Densidad del agua
𝑉𝑓 = 547,28 dm3/m3
Luego este valor es multiplicado por la densidad de la arena de peña obteniendo:
𝐴𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑒ñ𝑎 = 1350,8kg/m3
Una vez obtenidas las cantidades en peso de cada agregado que compone la mezcla de
mortero se obtiene que:
162
Agua Cemento Arena ∑
Masa (kg/m3) 295,9 485,0 1350,8 2131,6
Vol. Abs (dm3) 295,9 156,9 547,3 1000,0
Proporciones 0,61 1 2,79
163
Anexo C Ensayos en cilindros
164
A continuación, se presenta el registro fotográfico y los resultados del ensayo de
resistencia a compresión en cilindros de concreto y de mortero, a tres edades diferentes (7,
14 y 28), esto con el fin de monitorear la evolución de la resistencia.
165
Concreto
Para la prueba en concreto se realizaron 9 testigos con el fin de fallar 3 cilindros por
edad, como se muestra en las siguientes figuras:
Pruebas a los 7 días.
Pruebas a los 14 días.
166
Pruebas a los 28 días.
Mortero
Es similar el caso de los cilindros de mortero ya que también se han hecho 9 testigos
para ser fallados de a tres por cada edad, es decir, tres cilindros a los 7 días, tres a los 14 días
y finalmente 3 a los 28 días como se muestra a continuación:
Pruebas a los 7 días.
167
Pruebas a los 14 días
Pruebas a los 28 días
168
Anexo D Resultados de las pruebas de carga en muretes
169
A continuación, se presenta, por medio de gráficos el comportamiento presentado por
cada uno de los muretes:
Comportamiento vertical
170
171
172
173
174
175
176
177
178
Comportamiento Horizontal y lateral
179
180
181
182
183
184
185
186
187
Peso unitario de cada murete:
Carga máxima soportada
188
Esfuerzos máximos soportados
189
190
Dispersión de datos
Muretes de 80 x 80 cm
191
192
Muros de 40 x 40 cm
193
194
195
Anexo E Registro fotográfico (Archivo digital)
196
Anexo F Análisis de precios unitarios
197
ITEM UNIDAD CANTIDAD VLR. UNITARIOCOSTO PARCIAL
1.1
1.1.1 Unidad 9 36.500$ 328.500$
1.1.2 m2 16 3.500$ 56.000$
384.500$
1.2
1.2.1 Bulto 8 22.000$ 176.000$
1.2.2 m3 0,873 68.000$ 59.364$
1.2.3 m3 0,582 50.000$ 29.100$
1.2.4 l 231 50$ 11.550$
276.014$
2.1 h 3 15.000$ 45.000$
705.514$ TOTAL PRESUPUESTO:
3. Maquinaria y Equipo
Bomba inyectora de concreto
Agregado fino
Litros de agua
SUB - TOTAL
SUB - TOTAL
Concreto 3000 psi (1 m3)
Cemento
Agregado grueso
DESCRIPCIÓN
Panel
Poliestireno Expandido 1m2 x 0,04Malla electrosoldada. Separacion
15x15 cm, Diametro 4mm
MUROS DE CONCRETO ALIGERADOS CON POLIESTIRENO EXPANDIDO EN MURETES
1. Materiales
ITEM UNIDAD CANTIDAD VLR. UNITARIOCOSTO PARCIAL
1.1
1.1.1 Unidad 9 36.500$ 328.500$
1.1.2 m2 16 3.500$ 56.000$
384.500$
1.2
1.2.1 Bulto 7 22.000$ 154.000$
1.2.3 m3 0,547 30.000$ 16.410$
1.2.4 l 220 50$ 11.000$
181.410$
2.1 h 3 15.000$ 45.000$
610.910$
3. Maquinaria y Equipo
Bomba inyectora de mortero
TOTAL PRESUPUESTO:
Agregado fino
Litros de agua
SUB - TOTAL
Malla electrosoldada. Separacion
15x15 cm, Diametro 4mm
SUB - TOTAL
Mortero 2000 psi (1 m3)
Cemento
1. Materiales
DESCRIPCIÓN
Panel
Poliestireno Expandido 1m2 x 0,04
MUROS DE MORTERO ALIGERADOS CON POLIESTIRENO EXPANDIDO EN MURETES