PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ ESCUELA DE POSTGRADO DESARROLLO DE LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE ADOBE SÍSMICAMENTE REFORZADAS EN EL PERÚ Tesis para optar el Grado de Magíster en Ingeniería Civil, que presenta el ingeniero: La Torre Esquivel, Darwin Asesor: Dr. Blondet Saavedra, Marcial Co-asesor: Dr. Tarque Ruiz, Nicola Lima, abril de 2017 Página | II DEDICATORIA Mi tesis la dedico a mis papas, Manuel La Torre y Betsy Esquivel, y a mi hermano John, porque es mi familia y la amo. Estoy muy orgulloso de mis papas y de mi hermano y los admiro mucho. Lo que soy es gracias a la educación de mis padres y no dudaría nunca en compartir y dedicarles mis éxitos. Mi papá es todo un ejemplo, es quien me marcó el camino de la responsabilidad y el trabajo. Mi mamá también, pero lo que más valoro de mi mamá es la preocupación y amor que puso al educarme. Mi hermano es quien me marcó el camino profesional y aunque a veces pensamos diferente, siempre será mi guía. Página | III AGRADECIMIENTOS Agradezco al Estado Peruano a través del CONCYTEC que me financio mis estudios de Maestría en Ingeniería Civil en la PUCP, mediante el Convenio de Gestión Nª 027-2015-FONDECYT. Agradezco de manera muy especial al Dr. Marcial Blondet porque confió en mí. Una vez, en una reunión el doctor dijo que la función del líder es confiar en su gente. Ahora que pasó el tiempo y compartí experiencias con el grupo de Fisuras V, estoy convencido que el Dr. Blondet es un gran líder. También agradezco de una manera igual de especial al Dr. Nicola Tarque porque supo guiarme en el desarrollo de mi tesis. Agradezco a mis profesores de la UNSAAC: Washington Esquivel, Francisco Serrano y Carlos Fernández Baca, quienes confiaron en mí y me apoyaron con sus recomendaciones para acceder a la beca. Agradezco también a mi amiga y enamorada Mariel Gabriela porque me dio apoyo y comprensión cuando más lo necesitaba. Espero que mi tesis sea un aporte a la sociedad y de esta manera poner un granito de arena para contribuir con mejorar la calidad de vida de las personas. Página | IV RESUMEN La tierra fue uno de los primeros materiales utilizados para la construcción de viviendas y asentamientos. Esto se debe a que la tierra es un material accesible y las construcciones con este material no requieren de técnicas complicadas. La evolución de la construcción con tierra se dio alrededor del mundo y el Perú no es un país ajeno a esta tecnología. Es más en el Perú se tiene una alta tradición con la construcción con tierra. Las técnicas de construcción con tierra más utilizadas en el Perú son la mampostería de adobe y el tapial. Se estima que más del 30% de viviendas en el Perú están construidas con tierra. Las características de estas viviendas están en función a las necesidades de las personas. Sin embargo, las construcciones con adobe no demostraron tener un buen comportamiento estructural ante los sismos. Por lo que se empezaron a realizar ensayos e investigaciones para conocer las propiedades del material tierra, de la mampostería de adobe, y su comportamiento sísmico. A partir de estos conocimientos, se desarrollaron numerosas técnicas de reforzamiento sísmico para las viviendas de adobe. Muchas de estas técnicas están probadas y validadas pero estos esfuerzos son insuficientes si no se realiza la transferencia de estas tecnologías a la sociedad. En el Perú, los principales proyectos de capacitación surgieron a raíz de desastres naturales, como proyectos de reconstrucción después de terremotos e inundaciones. En esta tesis se estudia cada etapa del desarrollo de la construcción de las viviendas de adobe sísmicamente reforzadas en el Perú. Página | V CONTENIDO DE LA TESIS DEDICATORIA ........................................................................................................................................................ II AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................................................... III RESUMEN ............................................................................................................................................................... IV CONTENIDO DE LA TESIS.................................................................................................................................... V ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................................................................... VIII ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................................ XXI CAPÍTULO 1.- INTRODUCCIÓN ...........................................................................................................................1 1.1. MOTIVACIÓN .................................................................................................................................................... 2 1.2. OBJETIVO PRINCIPAL, ACTIVIDADES Y ORGANIZACIÓN DEL LIBRO ................................................................... 2 1.3. ENFOQUE, INTENCIÓN Y PÚBLICO OBJETIVO ..................................................................................................... 3 1.4. DEFINICIONES .................................................................................................................................................. 3 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................................................ 6 CAPÍTULO 2.- HISTORIA DE LAS CONSTRUCCIONES CON TIERRA EN EL MUNDO Y EN EL PERÚ ....7 2.1. HISTORIA DE LAS CONSTRUCCIONES CON TIERRA EN EL MUNDO ...................................................................... 8 2.2. HISTORIA DE LAS CONSTRUCCIONES CON TIERRA EN EL PERÚ ........................................................................ 15 RESUMEN ..................................................................................................................................................................... 22 2.3. SITUACIÓN ACTUAL DE LAS CONSTRUCCIONES CON TIERRA EN EL MUNDO. ................................................... 23 2.4. CONCLUSIONES .............................................................................................................................................. 27 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................................. 28 CAPÍTULO 3.- CONSTRUCCIONES TRADICIONALES CON ADOBE EN EL PERÙ .................................... 31 3.1. TIPOLOGÍA DE VIVIENDAS DE ADOBE EN EL PERÚ ........................................................................................... 32 3.1.1. Tipologías de viviendas por ubicación geográfica .................................................................................... 32 3.1.2. Tipología de viviendas por época en que fueron construidas ................................................................... 34 3.1.3. Tipología de viviendas por número de pisos ............................................................................................ 35 3.1.4. Tipología de viviendas por colindancia con otras construcciones ............................................................ 36 3.3. ¿CÓMO SE CONSTRUYEN LAS VIVIENDAS TRADICIONALES DE ADOBE? ........................................................... 37 3.3.1. Fabricación vernácula de los bloques de adobe ........................................................................................ 37 3.3.2. Construcción de las viviendas vernáculas de adobe ................................................................................. 40 3.4. CONCLUSIONES .............................................................................................................................................. 48 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................................. 49 CAPÍTULO 4.- COMPORTAMIENTO DE LAS VIVIENDAS DE ADOBE ANTE FENÓMENOS NATURALES ........................................................................................................................................................... 52 4.1. COMPORTAMIENTO DE LAS VIVIENDAS VERNÁCULAS DE ADOBE ANTE TERREMOTOS .................................... 53 4.1.2. El terremoto del 31 de mayo de 1970 en Ancash...................................................................................... 54 4.1.3. El terremoto del 03 de octubre de 1974 en Lima ...................................................................................... 55 4.1.4. El terremoto del 12 de noviembre de 1996 en Ica .................................................................................... 55 4.1.5. El terremoto del 23 de junio de 2001 en Arequipa ................................................................................... 56 4.1.6. El terremoto del 15 de agosto de 2007 en Ica ........................................................................................... 57 4.2. COMPORTAMIENTO DE LAS VIVIENDAS VERNÁCULAS DE ADOBE ANTE INUNDACIONES .................................. 58 4.2.1. El fenómeno del niño de 1982 - 1983 ....................................................................................................... 59 4.2.2. El fenómeno del niño en 1997 - 1998 ....................................................................................................... 59 4.2.3. Temporada de lluvias en el 2010 en Cusco ............................................................................................... 60 4.2.4. El fenómeno del niño costero en 2017 ...................................................................................................... 60 4.3. COMPORTAMIENTO DE LAS VIVIENDAS VERNÁCULAS DE ADOBE ANTE HELADAS ........................................... 61 Página | VI 4.4. TIPOLOGÍA DE FALLAS DE LAS VIVIENDAS DE ADOBE ..................................................................................... 62 4.4.1. Mecanismo de falla de las construcciones de adobe ante los sismos ........................................................ 62 4.4.2. Fallas verticales en las esquinas ................................................................................................................ 63 4.4.3. Fallas producidas por movimientos fuera del plano ................................................................................. 64 4.4.4. Fallas en el plano del muro producidas por movimientos sísmicos .......................................................... 64 4.4.5. Fallas mixtas ............................................................................................................................................. 66 4.4.6. Fallas producidas por lluvias e inundaciones ............................................................................................ 67 4.4.7. Fallas en los techos producidas por fuertes vientos .................................................................................. 67 4.5. PROBLEMÁTICA .............................................................................................................................................. 68 4.5.1. Problema principal de texto: riesgo sísmico ............................................................................................. 68 4.5.2. Otros problemas: lluvias, inundaciones y heladas .................................................................................... 70 4.7. CONCLUSIONES .............................................................................................................................................. 72 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................................. 73 CAPÍTULO 5.- PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MAMPOSTERÍA DE ADOBE ..................................... 77 5.1. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL BLOQUE DE ADOBE. ....................................................................................... 79 5.1.1. Resistencia del material tierra a la compresión ......................................................................................... 79 5.1.2. Resistencia del material tierra a la tracción .............................................................................................. 84 5.2. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL MORTERO DE BARRO ..................................................................................... 88 5.2.1. Resistencia del mortero a la compresión y a la flexión en tres puntos. ..................................................... 88 5.2.2. Resistencia del mortero a la tracción indirecta ......................................................................................... 89 5.3. PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MAMPOSTERÍA DE ADOBE ........................................................................... 91 5.3.1. Resistencia de la mampostería de adobe a la compresión (ensayo de compresión sobre pilas o muretes) 92 5.3.2. Resistencia de la mampostería a la tracción indirecta (ensayo de compresión diagonal de muretes) ....... 95 5.3.3. Resistencia al corte lateral monotónico en muros y muretes de mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) .................................................................................................................................................................. 98 5.3.4. Resistencia al corte lateral cíclico en muros y muretes de mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) ................................................................................................................................................................ 102 5.4. INFLUENCIA DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO EN LA RESISTENCIA DE LA MAMPOSTERÍA DE ADOBE ............ 106 5.4.1. Selección del criterio para la evaluación de suelos ................................................................................. 106 5.4.2. Características químicas y mineralógicas ............................................................................................... 106 5.4.3. Características físicas .............................................................................................................................. 107 5.4.4. Proceso de secado de la mampostería de adobe ...................................................................................... 109 5.6. EFECTOS DE LA ADICIÓN DE ADITIVOS A LA MAMPOSTERÍA DE ADOBE ......................................................... 111 5.6.1. Adición de arena gruesa .......................................................................................................................... 111 5.6.2. Adición de paja ....................................................................................................................................... 112 5.6.3. Adición de otros aditivos ........................................................................................................................ 113 5.8. CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 115 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................................ 116 CAPÍTULO 6.- REFORZAMIENTO SÍSMICO DE LAS VIVIENDAS HECHAS CON MAMPOSTERIA DE ADOBE................................................................................................................................................................... 122 6.1. REFUERZO DE MUROS CON UNA MATRIZ DE REFUERZOS HORIZONTALES Y VERTICALES INTERNOS. ............. 123 6.1.1. Refuerzo con caña ................................................................................................................................... 124 6.1.2. Refuerzo con polímeros reforzados con fibra (FRP) .............................................................................. 126 6.1.3. Refuerzo con tubos de policloruro de vinilo (PVC) ................................................................................ 127 6.1.4. Refuerzo con tubos de policloruro de vinilo (PVC) y malla friso........................................................... 129 6.2. REFUERZO DE MUROS CON ENMALLADO EXTERNO ....................................................................................... 129 6.2.1. Refuerzo con caña o bambú y alambre ................................................................................................... 130 6.2.2. Refuerzo con malla de cuerda y caña...................................................................................................... 130 6.2.3. Refuerzo con bandas de neumáticos usados ........................................................................................... 132 6.2.4. Refuerzo con malla electrosoldada (malla de alambre) .......................................................................... 133 Página | VII 6.2.5. Refuerzo con geomalla ........................................................................................................................... 135 6.2.6. Refuerzo con malla plástica .................................................................................................................... 137 6.2.7. Refuerzo con listones de madera confinante ........................................................................................... 138 6.2.8. Refuerzo con malla de cuerdas ............................................................................................................... 140 6.3. REFUERZO CON ELEMENTOS PRE COMPRESORES .......................................................................................... 141 6.3.1. Refuerzo con Tensores de acero ............................................................................................................. 141 6.3.2. Refuerzo con anillos de caucho de llantas usadas ................................................................................... 142 6.4. REFUERZO CON ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO EN LOS EXTREMOS DEL MURO.......................................... 143 6.4.1. Refuerzo con costalillo y esteras ............................................................................................................. 143 6.4.2. Refuerzo con pórticos de concreto confinante ........................................................................................ 145 6.4.3. Refuerzo con varillas de acero verticales en las uniones de los muros ................................................... 147 6.6. COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE ENSAYOS DE CARGA LATERAL CÍCLICA SOBRE MUROS ......................... 148 6.7. COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE ENSAYOS DE SIMULACIÓN SÍSMICA SOBRE MÓDULOS ........................... 152 6.8. CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 153 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................................ 154 CAPÍTULO 7.- TRANSFERENCIA DE LA TECNOLOGÍA DE REFORZAMIENTO SÍSMICO DE VIVIENDAS DE ADOBE A LA SOCIEDAD PERUANA .................................................................................... 157 7.1. FILOSOFÍA DE LOS PROYECTOS DE CAPACITACIÓN ........................................................................................ 158 7.2. VIVIENDA SEGURA Y SALUDABLE ................................................................................................................. 158 7.3. PROGRAMAS DE CAPACITACIÓN ................................................................................................................... 158 7.3.1. Diseño del programa de capacitación ..................................................................................................... 158 7.3.2. Herramientas de comunicación ............................................................................................................... 159 7.4. SENSIBILIZACIONES Y CAPACITACIONES ....................................................................................................... 162 7.4.1. Proyecto PREVI - PP4. Reconstrucción de viviendas de adobe mejoradas en Catac, departamento de Ancash, Perú ......................................................................................................................................................... 162 7.4.2. Programa COBE - Construcción con adobe estabilizado con asfalto con refuerzo interno de caña en Cayaltí, departamento de Lambayeque, Perú ........................................................................................................ 164 7.4.3. Programa PUCP - Difusión de tecnología de adobe reforzado con caña interna en un proyecto de reconstrucción de viviendas en los pueblos de Nuevo Túpac Amaru, Chóchope y Canasloche. Departamento de Lambayeque, Perú ................................................................................................................................................. 165 7.4.5. Proyecto GTZ-CERESIS-PUCP. Programa de reforzamiento de viviendas de adobe piloto con malla electrosoldada........................................................................................................................................................ 167 7.4.6. Proyecto COPASA-GTZ. Proyecto de reconstrucción de viviendas de adobe post-sismo del 23 de junio de 2001 ............................................................................................................................................................. 169 7.4.7. Proyecto PUCP, CARE Perú, SENCICO y FORSUR. Proyecto de reconstrucción de viviendas de adobe post-sismo del 15 de agosto de 2007. .................................................................................................................... 171 7.4.8. Proyecto de la DARS-PUCP en Ayacucho. ............................................................................................ 172 7.5. ¿CÓMO SE DEBERÍAN CONSTRUIR LAS VIVIENDAS TRADICIONALES DE ADOBE? ........................................... 174 7.5.1. Fabricación de los bloques de adobe mejorados ..................................................................................... 174 7.5.2. Proceso constructivo de las viviendas de adobe reforzadas .................................................................... 178 7.6. CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 186 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................................................ 187 CAPÍTULO 8.- CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 190 Página | VIII ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2. 1.- Sitios importantes con construcciones con tierra en el mundo. ...................................... 9 Figura 2. 2.- Tell es-Sultan en Palestina, (a) vista panorámica [3, p. 10], (b) adobes sin forma [3, p. 7], (c) evolución a adobes rectangulares [4, p. 1] ................................................................................ 9 Figura 2. 3.- Asentamiento de Çatalhöyük (a) Esquema de vivienda, y (b) Asentamiento [5]. ........ 10 Figura 2. 4.- Zigurat de Tchogha Zanbil en Irán (a) vista panorámica (Foto. Geoff Steven), (b) detalles de la mampostería (Foto. Sébastien Moriset), y (c) detalle de adobes (Foto. Geoff Steven)10 Figura 2. 5.- La ciudad fortificada medieval de Arg-e-Bam (Foto. Martin Gray), (a) vista panorámica, (b) y (c) detalles. ............................................................................................................ 11 Figura 2. 6.- Ciudad vieja de Sana’a en Yemen, (a) [10], y (b) [11] ................................................. 11 Figura 2. 7.- Tramos de la gran muralla China (a) [12] , y (b) [13] ................................................... 12 Figura 2. 8.- Djenne en Mali, (a) Gran Mezquita (Foto. Francesco Bandarin), (b) detalles (Foto. Francesco Bandarin), y (c) mampostería de adobe (Foto. Thierry Joffroy) ...................................... 12 Figura 2. 9.- Tombuctú en Mali (a) (Foto. Our Place), (b) (Foto. Francesco Bandari), y (c) (Foto. Our Place) .......................................................................................................................................... 12 Figura 2. 10.- Monasterios y palacios en la región Himalaya (a) Potala (Foto. Martin Gray), (b) Shey [14, p. 554]. ............................................................................................................................... 13 Figura 2. 11.- Fujian Tolou en China (a) conjunto de casas (Foto. Basile Cloquet), (b) (Foto. Song Xiang Lin), y (c) (Foto. Vincent Ko Hon Chiu) ................................................................................ 13 Figura 2. 12.- Pueblo Taos, Nuevo México, Estados Unidos (a) (Foto. Edmondo Gnerre), (b) (Foto. David Muench), y (c) (Foto. David Muench). ................................................................................... 14 Figura 2. 13.- Antigua ciudad amurallada de Shibam en Yemen, (a) (Foto. Jean-Jacques Gelbart), (b) (Foto. Aneta Ribarska), y (c) (Foto. Geoff Steven) ...................................................................... 14 Figura 2. 14.- Ksar de Ait-Ben-Haddou (a) (Foto. Yvon Fruneau), (b) (Foto. Sébastien Moriset), y (c) (Foto. Jean-Jacques Gelbart) ........................................................................................................ 15 Figura 2. 15.- Sitios importantes con construcciones con tierra en el Perú. ...................................... 15 Figura 2. 16.- Pachacamac (a) Pirámide con rampa y (b) detalle de adobes [22]. ............................. 16 Figura 2. 17.- Huaca del Sol (a) Vista panorámica, (b)y (c) detalle de adobes [22]. ......................... 17 Figura 2. 18.- Huaca de La Luna, (a) Vista panorámica (b) y (c) detalle de adobes y acabados [22] ............................................................................................................................................................ 17 Figura 2. 19.- Chan Chan (a) vista panorámica [1, p. Foto. Jim Williams], (b) y (c) detalle de adobes [1, p. Fotos. Wilfredo Carazas] .............................................................................................. 18 Figura 2. 20.- Fortaleza de Paramonga en Lima, (a) vista aérea [30], (b) detalle de adobes [31], y (c) construcciones en el nivel superior [22] ............................................................................................ 18 Figura 2. 21.- Rajchi (a), y (b) vistas panorámicas, y (c) detalle. Fotos. [22]. ................................. 19 Figura 2. 22.- Palacio inca de Puruchuco en Lima, (a) vista aérea [22], (b) detalle de adobes [36], y (c) detalle del tapial [22] .................................................................................................................... 20 Página | IX Figura 2. 23.- Construcciones de adobe incas en el Perú, (a) deposito en Ollantaytambo [37, p. 267], (b) vivienda en Pisac [9, p. 18], (c) muro en la costa central [9, p. 18], y (d) tramo del Qhapac Ñan [38]. .................................................................................................................................................... 20 Figura 2. 24.- (a) Convento de los Descalzos en Lima, fachada principal [39], y (b) detalle de adobes [40], (c) Iglesia de San Pedro de Carabayllo en Lima, fachada principal, y (d) detalle de adobes [41]. ........................................................................................................................................ 20 Figura 2. 25.- (a) Iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, fachada principal [43] [42, p. 3], (b) vista interior [44], (c) Capilla de la Virgen Purificada de Canincunca, vista aérea [45], y (d) vista interior [44], (e) Templo de San Juan Bautista de Huaro, fachada principal [46], y (f) vista interior [44]. .................................................................................................................................................... 21 Figura 2. 26.- Casas coloniales de adobe y quincha (a) [7, p. 4] y (b) [48] ....................................... 22 Figura 2. 27.- Viviendas vernaculares típicas alrededor del mundo: (a) El Salvador (Lopez M. et al), (b) Argentina (Rodriguez V. et al), (c) India (Kumar A.), (d) Irán (Mehrain M. y Naeim F. et al), (e) Perú (Loaiza et al), and (f) Guatemala (Lang et al) ........................................................................... 24 Figura 2. 28.- Áreas en el mundo donde se construye con el material tierra [50]. ............................ 24 Figura 2. 29.- Distribución mundial de (a) alto riesgo sísmico, y (b) áreas lluviosas [50]. ............... 25 Figura 2. 30.- países en el mundo que cuentan con normativa para la construcción con tierra [50, p. 56] ...................................................................................................................................................... 26 Figura 2. 31.- Construcción vernácula con adobe en el Perú, (a) casas típicas de las comunidades campesinas en Cusco [60, p. 29], y (b) barrios contemporáneos construidos con adobe en Cusco [60, p. 26] ........................................................................................................................................... 26 Figura 3. 1.- Tipos de casas de tierra en el Perú, (a) casa de adobe [1], (b) casa de tapial [4], (c) muros de tapia y adobe [3]. ................................................................................................................ 32 Figura 3. 2.- viviendas urbanas en la costa: (a) barrio urbanizado en la costa:, (b), y (c) viviendas típicas de adobe [5, p. 2] .................................................................................................................... 33 Figura 3. 3.- viviendas rurales en la costa: (a) población rural en la costa [6], (b) El Porvenir, Trujillo [7], y (c) Alto Trujillo [8] ..................................................................................................... 33 Figura 3. 4.- viviendas urbanas en la sierra: (a) población urbana en la sierra: San Miguel, Cajamarca [9], (b), y (c) viviendas típicas [1] ................................................................................... 33 Figura 3. 5.- viviendas rurales en la sierra: (a) población rural en la sierra:, (b), y (c) viviendas típicas ................................................................................................................................................. 34 Figura 3. 6.- (a) Chan Chan [10, p. Foto. Jim Williams], (b) Pachacamac [11], y (c) Huaca de la Luna [11] ............................................................................................................................................ 34 Figura 3. 7.- Arquitectura de adobe inca, (a) Pisac [12, p. 18], (b) Rajchi [11], y (c) Ollantaytambo [13, p. 267] ......................................................................................................................................... 34 Figura 3. 8.- Arquitectura de adobe colonial, (a) Cusco, (b) Cajamarca [1] , y (c) Callao [14] ........ 35 Figura 3. 9.- Arquitectura de adobe contemporánea en Cusco (a), (b), y (c) [15] ............................. 35 Página | X Figura 3.10.- Tipología de viviendas por número de pisos: vivienda (a) de un piso en Apurímac, (b) de un piso en Cusco [17, p. 37], (c) de dos pisos en Cusco, (d) de dos pisos en Ayacucho [18], (e) de tres pisos en Cajamarca [1], (f) de tres pisos en Cusco [16, p. 7] ................................................. 36 Figura 3.11.- Tipología de viviendas por colindancia con otras construcciones, (a) intermedia, (b) esquina, y (c) aislada. ......................................................................................................................... 36 Figura 3. 12.- Preparación del material, (a) acarreo desde de la cantera y (b) zarandeo [3, p. 23] ... 37 Figura 3. 13.- (a) mezclado con agua y dormido del suelo y (b) mezclado con paja [20, p. 100], (c) adobes sin paja [21, p. 75] ................................................................................................................. 37 Figura 3. 14.- Moldes, gaveras o adoberas para fabricar los bloques de adobe, (a) con fondo [22] y (b) sin fondo [23, p. 18] ..................................................................................................................... 38 Figura 3. 15.- Forma y dimensiones de los adobes, (a) nomenclatura [25], (b) adobes en la sierra sur, (c) adobes en la sierra norte [1] ................................................................................................... 38 Figura 3. 16.- Elaboración tradicional de adobes en el Perú, (a) acarreo de material [26], (b) llenado del molde [27, p. 2], (c) amasado del adobe [1] (d) moldeado del bloque de adobe [28, p. 37], y (e) enrasado de la cara superior [29] ....................................................................................................... 39 Figura 3. 17.- Secado de adobes a la intemperie (a) en Ayacucho [19, p. 35] y (b) en Cusco (https://www.goshen.edu/), y (c) en Cajamarca [1] ........................................................................... 39 Figura 3. 18.- Apilamiento en rumas de 7 a más hiladas (a) [30], (b) (http://st2.depositphotos.com), y (c) [1]............................................................................................................................................... 40 Figura 3. 19.- Estructura de una vivienda de adobe de dos pisos típica [31, p. 27] ........................... 40 Figura 3. 20.- Construcción de viviendas de adobe en laderas, (a) pueblo de Ocobamba en Apurímac [32], (b) derrumbe de vivienda de adobe por falla de talud. [33] ..................................... 41 Figura 3. 21.- Construcción a lado o debajo de viviendas en riesgo de colapso, (a) vivienda de un piso al costado de una vivienda de dos pisos agrietada [34], (b) y (c) viviendas afectadas por el colapso de otra ubicada en la parte superior [35] ............................................................................... 41 Figura 3. 22.- Construcción de viviendas de adobe en el área de influencia de quebradas, ríos y lagos, (a) casas afectadas en quebrada en Palpa, Ica [36], (b) casas derrumbadas en Huancavelica por falla de talud por crecida del rio [37], (c) derrumbe de viviendas por crecida de la laguna de Huacarpay en Cusco [38] ................................................................................................................... 41 Figura 3. 23.- (a) excavación de zanjas, (b) encontrado de sobrecimientos, y (c) Construcción de sobrecimiento de piedra y barro [39] ................................................................................................. 42 Figura 3. 24.- Vivienda de adobe (a) con sobrecimiento de piedra y barro [21], (b) sin sobrecimiento, y (c) sobrecimientos sólo de piedra. .......................................................................... 42 Figura 3. 25.- (a) construcción de los muros de adobe [28, p. 37], (b) muros muy delgados de adobe (c) [17, p. 38]...................................................................................................................................... 43 Figura 3. 26.- Aparejos utilizados en los muros de adobe en el Perú ................................................ 43 Figura 3. 27.- Calidad de las juntas y grosor del mortero .................................................................. 44 Figura 3. 28.- (a) vivienda típica de adobe sin viga collar ni arriostres [40] (b) vivienda de adobe con mochetas [17, p. 39] .................................................................................................................... 44 Página | XI Figura 3. 29.- Techo de tijeral de madera con cubierta de (a) calamina, (b) torta de barro con cubierta de teja, (c) paja [41, p. 10]. (d) esteras y teja [1], (e) Calamina y teja [42]; (f) dentro de una misma comunidad rural andina se observan techos de teja, calamina y paja [43] ............................. 45 Figura 3. 30.- acabado interior de los techos (a) esteras, (b) calamina, (c) triplay. (d) cielo raso de yeso, (e) carrizo y teja. ....................................................................................................................... 46 Figura 3. 31.- Tipos de pisos: (a) piso de tierra compactada [23, p. 36], (b) piso hecho con mezcla de cemento, (c) piso de madera [44] .................................................................................................. 46 Figura 3. 32.- Tipos de acabado exterior (a) enlucido con barro [1], (b) enlucido de cemento en el primer piso y sin acabado exterior en el segundo [15, p. 37], (c) fachada frontal: enlucido con yeso y pintado, fachada lateral: pintado directamente sobre los adobe en el primer piso y sin acabado exterior en el segundo [15, p. 37] ....................................................................................................... 46 Figura 3. 33.- deficiencias constructivas de las viviendas de adobe en el Perú [45, p. 41] ............... 47 Figura 4. 1.- (a) Epicentro del sismo del 21 de mayo de 1950 [2], y (b) mapa de intensidades (anexo) [3, p. 79] ................................................................................................................................ 53 Figura 4. 2.- Construcciones de adobe destruidas por el terremoto del 21 de mayo d 1950: (a) viviendas coloniales, (b) Calle Arrayan y de fondo el Qoricancha, y (c) Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco y de fondo el Templo de La Compañía de Jesús [5]. ......................... 54 Figura 4. 3.- (a) Epicentro del sismo del 31 de mayo de 1970 [2], y (b) mapa de intensidades (anexo) [3, p. 96] ................................................................................................................................ 54 Figura 4. 4.- Destrucción tras el terremoto del 31 de mayo de 1970: (a) Huaraz [6], y (b) Chimbote [7] ....................................................................................................................................................... 54 Figura 4. 5.- (a) Epicentro del sismo del 03 de octubre de 1974 [2], y (b) mapa de intensidades (anexo) [3, p. 103] .............................................................................................................................. 55 Figura 4. 6.- destrucción tras el terremoto del 03 de octubre de 1974: (a) casa de adobe y quincha parcialmente colapsada [8], (b) casa de adobe colapsada [8], y (c) barrio en medio del destrozo [9] ............................................................................................................................................................ 55 Figura 4. 7.- (a) Epicentro del sismo del 12 de noviembre de 1996, y (b) mapa de intensidades [2] 56 Figura 4. 8.- destrucción tras el terremoto del 12 de noviembre de 1996 en Nazca (a) colapso de vivienda [1], y (b) agrietamiento de muros [10] ................................................................................ 56 Figura 4. 9.- (a) Epicentro del sismo del 23 de junio de 2001, y (b) mapa de intensidades [2] ........ 56 Figura 4. 10.- Destrucción tras el terremoto del 23 de junio de 2001, (a) grieta diagonal por corte [11, p. 69. Foto: A. San Bartolomé],(b) agrietadas [12], (c) colapso de la esquina por grieta diagonal en dos direcciones [13, pp. 28, Foto: D. Quiun]. ............................................................................... 57 Figura 4. 11.- (a) Epicentro del sismo del 15 de agosto de 2007, y (b) mapa de intensidades [2] .... 57 Figura 4. 12.- Destrucción tras el terremoto del 15 de agosto de 2007 [15, p. 50], (a) y (b) separación de muros perpendiculares en las esquinas [15, p. 50], (c) y (d) volteo de los muros, (e) colapso de las esquinas [15, p. 50], (f) y (g) fallas en el plano [15, p. 61], (h) vivienda dañada de Página | XII adobe y quincha en Pisco [16, p. 19], e (i) los restos destruidos denotan una pobre calidad de la mampostería [17, p. 4] ....................................................................................................................... 58 Figura 4. 13.- (a) y (b) inundación y daños en el fenómeno de El Niño de 1982-1983 [21], (c) [16, p. 20] ...................................................................................................................................................... 59 Figura 4. 14.- Destrucción de viviendas en Lambayeque en el fenómeno de El Niño de 1998 producto de (a) inundación [22, p. 58] y (b) lluvias [22, p. 71] ........................................................ 59 Figura 4. 15.- Destrucción por lluvias e inundaciones en el Cusco, (a) y (b) inundación y daños en Huacarpay [24] [25], (c) y (d) casa destruida en Calca [26, p. 25] .................................................... 60 Figura 4. 16.- Destrucción por lluvias e inundaciones en el Piura, (a) [28], y (b) [29] ..................... 61 Figura 4. 17.- Nieve y heladas en las zonas altas del Perú, (a) pueblo de Espinar después de una nevada [31], (b) vivienda rural en Puno [32], (c) colapso de vivienda de adobe [33, p. 28. Foto: El Comercio], (d) Vivienda rural no preparada [34] .............................................................................. 61 Figura 4. 18.- (a) esfuerzos de momento flector y corte que aparecen en los muros perpendiculares a la dirección del sismo [36, p. 76], (b) deformación ante una solicitación en el plano del muro, y (c) deformación ante una solicitación fuera del plano del muro ............................................................. 62 Figura 4. 19.- Fallas típicas en construcciones con adobe [37, p. 7]. ................................................ 63 Figura 4. 20.- (a) grietas verticales en las esquinas, (b) y (c) separación entre muros en el plano del muro más largo y fuera del plano [35, pp. 61,63], (d) [38, p. 4] ........................................................ 63 Figura 4. 21.- (a) esquema del colapso total de muro [35, p. 58], (b) foto de colapso total [39], (c) esquema de colapso parcial de tímpano [35, p. 58], y (d) foto de colapso parcial de tímpano. ........ 64 Figura 4. 22.- (a) esquema de falla por flexión de un muro conectado a muros perpendiculares [35, p. 59], (b) volteo de un muro libre por cargas perpendiculares a su plano, falla por flexión [40, p. 38], (a) esquema de falla a mediana altura por flexión del muro, y (b) falla a mediana altura de vivienda de adobe............................................................................................................................... 64 Figura 4. 23.- (a) Mecanismo de formación de grietas por corte en forma de aspa [35, p. 60], (b) grieta en forma de aspa [35, p. 60], y (c) grietas en aspa en un muro con aberturas [15, p. 61] ....... 65 Figura 4. 24.- (a) esquema de grietas en las esquinas de las aberturas de ventana [35, p. 62], (b) grietas diagonales que convergen en una ventana [40, p. 37], (c) Grietas en las esquinas superiores de una puerta [35, p. 62], (d) grieta diagonal en la esquina de una puerta [13, p. 26]. ...................... 65 Figura 4. 25.- (a) ilustración de fallas verticales y de corte que producen desprendimiento parcial de un bloque de muro tipo 1 [35, p. 62], (b) colapso de porción de muro en la esquina [41], (c) ilustración tipo 2 [35, p. 62], y (d) porciones de muro separados por el fuerte agrietamiento diagonal [42, p. 2] ............................................................................................................................................. 66 Figura 4. 26.- (a) Esquema de fallas por volteo de porciones de muro [35], agrietamiento a través de aberturas [43], y (c) volteo de una porción de muro en la esquina de una vivienda [44] .................. 66 Figura 4. 27.-(a) falla en la parte superior de los muros por deslizamiento del techo, y (b) falla por aplastamiento de las vigas a la mampostería de adobe ...................................................................... 66 Figura 4. 28.- Destrucción de los contrafuertes de una vivienda de adobe [45] ................................ 67 Página | XIII Figura 4. 29.- (a) plano de falla ocasionado por humedecimiento en la base del muro, (b) deterioro del sobrecimiento y la base a causa de inundaciones, y (c) asentamientos diferenciales producidos por el remojo del adobe [46]. ............................................................................................................. 67 Figura 4. 30.- Fallas en techos por falta de anclaje, (a) [47], (b) [48], (c) (RPP) .............................. 67 Figura 4. 31.- (a) Distribución de viviendas de adobe en el Perú, y (b) mapa sísmico del Perú 1960- 2011 [50] ............................................................................................................................................ 68 Figura 4. 32.- Viviendas de adobe destruidas después de (a) el terremoto de Huaraz de 1970 [52], y (b) el terremoto de Pisco de 2007 [53]. .............................................................................................. 69 Figura 4. 33.- (a) Escenario de riesgo de lluvias durante el fenómeno de El Niño Costero 2017 [56], (b) Mapa histórico de frecuencia de heladas periodo 1964-2009 [57, p. 1]. .................................... 71 Figura 5. 1.- (a) Ensayo de compresión axial en un bloque de adobe con esbeltez de 0.50. [12, p. 225]; (b) Variación de esfuerzos en las cabezas del espécimen de adobe. [22, p. 129], y (c) deformación del espécimen sujeto a compresión uniaxial antes de la falla [19, p. 87] ..................... 80 Figura 5. 2.- Modos típicos de falla del espécimen de adobe en el ensayo de compresión uniaxial (a) cilíndrico h=D=50 mm, (b) cúbico l=50 mm, y (c) prismático h=50 mm, b=l =100 mm. Fotos: [15] ............................................................................................................................................................ 81 Figura 5. 3.- formas de falla en función de las condiciones de empotramiento (a) falla en cono [24, p. 5], (b) falla diagonal [18, p. 21], y (c) falla vertical [25, p. 257]. .................................................. 81 Figura 5. 4.- Distribución normal de valores de la resistencia a compresión del bloque de adobe (a) contemporáneo e (b) histórico. ........................................................................................................... 82 Figura 5. 5.- Curva esfuerzo deformación del ensayo de compresión uniaxial en un espécimen de adobe, [16, p. 39]. .............................................................................................................................. 84 Figura 5. 6.- (a) Ensayo de tracción directa, Foto: [12, p. 225], y (b) esquema de fuerzas en el espécimen, Imagen: [18, p. 10] .......................................................................................................... 85 Figura 5. 7.- (a) Ensayo de flexión en tres puntos [23, p. 722], (b) esquema de fuerzas en el espécimen, Imagen: [18, p. 10]), y (c). forma de falla, Foto: [18, p. 41] ........................................... 85 Figura 5. 8.- (a) Ensayo de compresión diametral, Foto: [16, p. 38], (b) esquema de fuerzas en el espécimen, Imagen: [18, p. 10], y (c) forma de falla, Foto: [18, p. 41] ............................................. 86 Figura 5. 9.- (a) Resistencia a tracción como porcentaje de la resistencia a compresión [18, p. 10], y (b) distribución normal de valores de la resistencia a tracción del bloque de adobe (tracción directa y compresión diametral)..................................................................................................................... 87 Figura 5. 10.- Curva esfuerzo deformación típica del (a) ensayo a tracción directa [12, p. 225], (b) ensayo de compresión diametral [20, p. 11], y (c) flexión en tres puntos [13, p. 1465]. (Los gráficos pertenecen a diferentes investigaciones, no están relacionados entre sí) ........................................... 88 Figura 5. 11.- Especímenes utilizados en el ensayo de tracción indirecta: (a) emparedado, y (b) colocación del capping [63, pp. A3-23] [64, p. 26]. .......................................................................... 89 Figura 5. 12.- Ensayo de tracción indirecta en emparedados de adobe (a) esquema de aplicación de carga, (b) ensayo de ETI, y (c) esfuerzos internos producidos. ......................................................... 90 Página | XIV Figura 5. 13.- Distribución normal de valores máximos de resistencia a la tracción indirecta en morteros. ............................................................................................................................................ 91 Figura 5. 14.- Tipos de especímenes usados en ensayos de compresión de mampostería de adobe: (a) prismas con h/t=1, (b) pilas con h/t >3, y (c) muretes con 3< h/t <5. Fuente: [66, p. 53] ............ 92 Figura 5. 15.- (a) preparación de 3 pilas de adobe con capping [31, p. 37], (b) esquema del ensayo de compresión de pilas [26, p. 315], y (c) ensayo [29, p. 28]. ........................................................... 93 Figura 5. 16.- Modo de falla en pilas (a) falla vertical, (b) falla diagonal, y (c) falla por exfoliación. Fuente: [31] ........................................................................................................................................ 93 Figura 5. 17.- Distribución normal de valores de la resistencia a compresión de mampostería de adobe (a) contemporánea e (b) histórica. ........................................................................................... 94 Figura 5. 18.- (a) curva esfuerzo-deformación del ensayo de compresión en mampostería de adobe [18, p. 60], y (b) relación de Poisson en función de la relación esfuerzo/esfuerzo máximo [39, p. 1456]. ................................................................................................................................................. 95 Figura 5. 19.- Ensayo de compresión diagonal de muretes de adobe (a) Preparación de muretes de 600 mm de lado y 25 mm de espesor [64, p. 31], (b) esquema de ensayo [26, p. 315] (c) murete en el dispositivo de aplicación de carga [64, p. 31]. ............................................................................... 96 Figura 5. 20.- Tipos de falla en el ensayo de compresión diagonal de muretes de adobe (a) falla óptima, (b) falla escalonada, (c), falla mixta, y (d) falla por deslizamiento. ..................................... 96 Figura 5. 21.- (a) Distribución normal de valores de la resistencia a tracción indirecta de la mampostería de adobe. (b) Curva fuerza desplazamiento, P-D, del ensayo de compresión diagonal en muretes de adobe. .......................................................................................................................... 97 Figura 5. 22.- Forma de aplicación de carga: (a) carga concentrada en el borde superior, y (b) carga concentrada en el centro del muro. Fuente: [72, p. 7] ........................................................................ 98 Figura 5. 23.- Ensayo de corte monotónico ECM, (a) esquema del ensayo, y (b) patrón de carga lineal en función del tiempo. .............................................................................................................. 99 Figura 5. 24.- Tipos de falla en ECM, (a) falla por deslizamiento, (b) corte, y (c) corte y deslizamiento [74, p. 7] ...................................................................................................................... 99 Figura 5. 25.- procedimiento para calcular la rigidez equivalente. (a) aportes de rigidez de cada porción del muro, (b) muro equivalente, (c) características geométricas del muro con ventana, y (d) fórmulas de cálculo [29]. ................................................................................................................. 100 Figura 5. 26.- Conversión del muro real al muro patrón, (a) muro lleno, (b) fórmulas de equivalencia para el muro lleno, (c) muro con ventana, y (d) fórmulas de equivalencia para el muro con ventana [29] ............................................................................................................................... 101 Figura 5. 27.- Distribución normal de valores de la resistencia al corte lateral monotónico de la mampostería de adobe. ..................................................................................................................... 102 Figura 5. 28.- Geometrías de muros utilizados en ensayos de corte cíclico, (a) muros a escala reducida [18, p. 76], (b) muros a escala real [76, p. 40], y (c) muros a escala real con muros transversales [73, p. 56]. .................................................................................................................. 102 Página | XV Figura 5. 29.- Ensayo de corte cíclico ECC. (a) esquema del ensayo [29, p. 34], y (b) patrón de carga cíclica en función del tiempo [5, p. 10]. ................................................................................. 103 Figura 5. 30.- Tipos de fallas ante cargas laterales cíclicas en el plano: (a) corte diagonal [76, p. 42], (b) corte deslizamiento [76, p. 44], (c) flexión [18, p. 81], y (d) compresión [40, p. 298] .............. 104 Figura 5. 31.- Curva histerética, y envolvente [18, p. 82] ............................................................... 104 Figura 5. 32.- Distribución normal de valores de la resistencia a corte lateral cíclico de la mampostería de adobe. ..................................................................................................................... 106 Figura 5. 33.- relación entre el contenido de los componentes de la mampostería y la resistencia a la compresión diagonal, (a) arcilla, (b) limo, (c) arena, y (d) arena gruesa [65]. ................................ 107 Figura 5. 34.- Influencia del indice de plasticidad en (a) el esfuerzo a la compresión diagonal, y (b) la contraccion del bloque [65]. ......................................................................................................... 108 Figura 5. 35.- Influencia de (a) la contracción volumétrica, y (b) el contenido de humedad del mortero, en la resistencia a la compresión diagonal de la mampostería [65]. ................................. 108 Figura 5. 36.- Evolución del porcentaje de humedad en el tiempo en los bloques y en el mortero [65] ................................................................................................................................................... 109 Figura 5. 37.- Evolución de las fisuras en el tiempo para suelos sin aditivos en (a) número, y (b) ancho [65]. ....................................................................................................................................... 110 Figura 5. 38.- Efecto del tiempo de remojo antes del asentado en la resistencia ............................. 110 Figura 5. 39.- Efecto de la adición de la arena gruesa en la resistencia a compresión del bloque de adobe ................................................................................................................................................ 111 Figura 5. 40.- Variación de la resistencia con el tiempo, (a) tracción indirecta, y (b) corte puro. .. 111 Figura 5. 41.- Evolución de las fisuras con el tiempo en (a) número, y (b) tiempo. ........................ 112 Figura 5. 42.- Variación de la (a) humedad y (b) la resistencia a tracción indirecta con el tiempo 112 Figura 5. 43.- Incidencia del porcentaje en peso de fibras en la resistencia a tracción de la mampostería. (a) Contenido de paja vs tracción indirecta. (b) Contenido de paja vs esfuerzo de compresión diagonal [65]. ................................................................................................................ 113 Figura 5. 44.- Curvas esfuerzo deformación de ensayos monotónicos sobre muros con aditivos ... 113 Figura 5. 45.- Curvas esfuerzo deformación de ensayos monotónicos sobre muros con aditivos 2 [65] ................................................................................................................................................... 114 Figura 5. 46.- Resistencias máximas a corte lateral monotónico de muros de adobe hechos con de morteros con diferentes aditivos [65] [81]. ...................................................................................... 114 Figura 6. 1.-Esquema de refuerzo con matriz de caña interna [3] ................................................... 124 Figura 6. 2.- Fabricación de bloques de adobe con abertura para el refuerzo vertical de caña (a) gaveras especiales [6, p. 48], y (b) adobes cuadrados, rectangulares y llenos [8, p. 5] ................... 125 Figura 6. 3.- construcción del muro reforzado con matriz interna (a) fijación del refuerzo vertical a la cimentación [8, p. 6], (b) construcción del muro, y (c) fijación de la viga collar [10, p. 4] ........ 125 Página | XVI Figura 6. 4.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con caña interna, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. ...................................................................................................... 126 Figura 6. 5.- Polímeros reforzados con fibras, (a) esquema matriz-fibra, y (b) relación esfuerzo deformación [17, p. 48 y 52]. ........................................................................................................... 126 Figura 6. 6.- reforzamiento interno con GFRP. (a) Módulo reforzado con GFRP, y (b) estado del módulo reforzado con GFPR, y (c) comparación de los módulos F2 reforzado con GFRP, C reforzado con caña, y T sin refuerzo [18] ........................................................................................ 127 Figura 6. 7.- (a) tubos PVC de 12.7mm, (b) bloques de adobes prensados, y (c) maquina prensadora [19, pp. 3, 7 y 10] ............................................................................................................................. 127 Figura 6. 8.- Construcción del módulo reforzado con tubos de PVC (a) construcción de muros, (b) detalle de refuerzo para la viga collar, y (c) espiralado con alambre nº16 en la parte superior del tuve (anclaje) [19, pp. 11, 22 y 25] .................................................................................................. 128 Figura 6. 9.- Ensayo de corte cíclico sobre un muro reforzado con tubos PVC, (a) muro después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [19, p. 42] ......................................................................................................................................... 128 Figura 6. 10.- Ensayo de simulación sísmica de muro reforzado internamente con tubos de PVC, (a) módulo después del ensayo y (b) vista interna del eje 2. [19, p. 55] ............................................... 129 Figura 6. 11.- Ensayo de corte cíclico sobre un muro reforzado con tubos PVC y malla friso, (a) muro después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5] ....................................................................................................................... 129 Figura 6. 12.- Ensayos de simulación sísmica de mampostería reforzada con cañas verticales, además de alambres y rafia horizontales en (a) espécimen en forma U (b) módulo de vivienda [13, p. 27 y 31] ........................................................................................................................................ 130 Figura 6. 13.- proceso constructivo de refuerzo externo con caña y cuerda (a) cuerda de cabuya e hilos de yute, (b) colocación de las cañas, (c) fijado de las cañas con las cuerdas e hilos, y (d) refuerzo en las esquinas y aberturas [21, p. 5 y 6] ........................................................................... 131 Figura 6. 14.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla de caña y cuerda, (a) módulo al final del ensayo [21, p. 24], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre los módulos con y sin refuerzo [9, p. 61] .............................................................................................. 131 Figura 6. 15.- proceso constructivo del refuerzo con bandas de neumáticos usados: (a) orificios, (b) surcos o canales en el muro, y (c) detalle de las uniones y traslapes [22, pp. 19, 20, 36] ............... 132 Figura 6. 16.- Ensayo de carga cíclica lateral sobre muro reforzado bandas de neumaticos, (a) muro reforzado después del ensayo [23, p. 523], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo. .................................................................................................. 133 Figura 6. 17.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con neumáticos, (a) módulo al final del ensayo, y (b) vista interior [23, p. 518]. ............................................................................. 133 Figura 6. 18.- Colocación de la malla electrosoldada, (a) mallas esquineras y verticales, (b) mallas horizontales superiores, (c) conectores, y (d) fijación con clavos [24]. ........................................... 134 Página | XVII Figura 6. 19.- Ensayo de carga cíclica lateral sobre muro reforzado con malla electrosoldada, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. ...................................................................................................... 135 Figura 6. 20.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla electrosoldada, (a) módulo al final del ensayo [21, p. 24], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 61] ............................................................................... 135 Figura 6. 21.- Ensayo de tracción en la geomalla, (a) antes del ensayo, (b) después del ensayo, y (c) curva fuerza-deformación [5]........................................................................................................... 136 Figura 6. 22.- Reforzamiento con geomallas, (a) colocación de franja en la base, (b) disposición de conectores, y (c) colocación de la malla [26]. ................................................................................. 136 Figura 6. 23.- Ensayo de corte lateral cíclica sobre muro reforzado con geomalla, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. ...................................................................................................... 137 Figura 6. 24.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con geomalla, (a) módulo al final del ensayo [21, p. 14], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 63] ................................................................................................................ 137 Figura 6. 25.- ensayos de adherencia en mallas, (a) buena adherencia con aberturas grandes, (b) mala adherencia con aberturas pequeñas [5] .................................................................................... 138 Figura 6. 26.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla plástica, (a) módulo al final del ensayo [1, p. 8], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 65] ............................................................................................................. 138 Figura 6. 27.- Destalles constructivos, (a) conectores, (b) uniones en esquinas, y (c) en serie [27, p. 5_20] ................................................................................................................................................ 139 Figura 6. 28.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con listones de madera confinante, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [28]. ............................................................................. 139 Figura 6. 29.- Ensayo de simulación sísmica sobre un módulo reforzado con listones de madera confinante, (a) antes del ensayo, y (b) después del ensayo [28]. ..................................................... 140 Figura 6. 30.- Refuerzo con malla de cuerdas, (a) esquema de refuerzo [32, p. 23], y (b) amarre de nudo [31, p. 8] .................................................................................................................................. 140 Figura 6. 31.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla de cuerdas, (a) módulo al final del ensayo [30, p. 8], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 66] ............................................................................................. 141 Figura 6. 32.- Perfiles de acero que fijan los extremos de los tensores, (a) laterales, y (b) inferiores [33, p. 315]. ...................................................................................................................................... 142 Figura 6. 33.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con tensores de acero, (a) muro reforzado después del ensayo [33, p. 314], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. ............................................................................................ 142 Figura 6. 34.- Preparación del refuerzo, (a) anillo de llanta usada, (b) conexión de los anillos, (c) sección trasversal de un muro, y (d) sección en planta [34, p. 686] ................................................ 143 Página | XVIII Figura 6. 35.- Ensayo de simulación sísmica sobre módulos de adobe, (a) módulo no reforzado, y (b) reforzado con anillos de caucho de llantas usadas [34]. ............................................................. 143 Figura 6. 36.- Refuerzo con confinamiento lateral, (a) con esteras, (b) con costalillo, y (c) tarrajeo final [35, pp. 35, 36] ......................................................................................................................... 144 Figura 6. 37.- Ensayo de carga lateral monotónica sobre muro reforzado con costalillo y esteras, (a) muro reforzado con costalillo antes del ensayo, (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre muros reforzados y sin refuerzo, (c) muro reforzado con esteras antes del ensayo, y (d) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre muros reforzados y sin refuerzo [36, p. 9]. ............................. 145 Figura 6. 38.- Detalles constructivos del muro reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) plano: vista frontal y (b) detalle de conexión a ras columna muro. [37]. ........................................ 145 Figura 6. 39.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) muro reforzado después del ensayo [37], y (b) comparación de curvas esfuerzo- distorsión entre los muros reforzados y uno sin refuerzo [5]. .......................................................... 146 Figura 6. 40.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) construcción del módulo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre los módulos reforzado, no reforzado y el pórtico confinante. [21] [38]. ............................................... 146 Figura 6. 41.- Ensayo de simulación sísmica en módulo de dos pisos reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) construcción del módulo, y (b) estado final después del ensayo [39] ...... 147 Figura 6. 42.- Ensayo de corte cíclico sobre un muro reforzado con varillas verticales de acero en las uniones, (a) muro después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5] ............................................................................................. 147 Figura 6. 43.- Comparación de resistencias máximas alcanzadas entre los diferentes muros reforzaos y con el valor promedio de resistencia máxima alcanzada en los muros no reforzados. ................. 150 Figura 6. 44.- Comparación de derivas máximas alcanzadas entre los diferentes muros reforzaos y con el valor promedio de derivas máxima alcanzada en los muros no reforzados. ......................... 151 Figura 6. 45.- Comparación de esfuerzo y derivas máximas alcanzadas entre los diferentes muros reforzaos y con el valor promedio de los muros no reforzados. ...................................................... 151 Figura 6. 46.- Comparación de curvas esfuerzo-distorsión en módulos reforzados [9] .................. 152 Figura 7. 1.- (a) Clases teóricas utilizando herramientas comunicativas como papelotes o diapositivas y (b) clases prácticas enseñando a los pobladores como realizar los nudos en el caso de refuerzo con mallas. ......................................................................................................................... 159 Figura 7. 2.- ilustraciones didácticas sobre el proceso constructivo de un método de reforzamiento [11]. .................................................................................................................................................. 160 Figura 7. 3.- Video de sensibilización. (a) y (b) Sismo de Huaraz 1973. ........................................ 160 Figura 7. 4.- Ensayo de módulos a escala reducida con y sin refuerzo en mesa vibratoria portátil, (a) demostración de los capacitadores en Perú, (b) participación de los pobladores intentando derrumbar el modelo reforzado [6, p. 48]. (c) módulos antes del ensayo en Nepal, (d) después del ensayo [15, p. 20], (e) demostración en Pakistán antes del ensayo, y (f) después del ensayo [16]. 161 Página | XIX Figura 7. 5.- Uso de (a) muros y (b) módulos de muestra [4, p. 46] para capacitar a pobladores. .. 162 Figura 7. 6.-Proyecto PREVI en (a) pueblo de Catac con (b) la construcción de 80 viviendas de adobe mejoradas [18, p. 484] ........................................................................................................... 163 Figura 7. 7.- Planos en (a) planta y (b) elevación de la casa modelo en Catac [18, p. 485]. .......... 163 Figura 7. 8.- (a) estructura de adobe mejorado con contrafuertes y muros anchos, y (b) vivienda finalizada con participación de la familia beneficiaria [18, p. 486]. ................................................ 164 Figura 7. 9.- (a) y (b) Casas de adobe en Cayaltí con adobe estabilizado. Foto: Cadillo, 2009 ...... 164 Figura 7. 10.- (a) techo dañado y (b) problema de salitre. Foto: Cadillo, 2009 ............................... 165 Figura 7. 11.- Vivienda de adobe después del Fenómeno del Niño ................................................. 166 Figura 7. 12.- Reconstrucción de viviendas en Nuevo Túpac Amaru, (a) charlas de difusión a pobladores, (b) fabricación de adobes y (c) construcción de vivienda [5] ...................................... 166 Figura 7. 13.- Reconstrucción de viviendas en Chóchope, (a) techos deteriorados, (b) fachadas con salitre y (c) peligro de cables eléctricos [23] ................................................................................... 167 Figura 7. 14.- Reforzamiento de viviendas existentes, (a) de dos pisos, y (b) de un piso [26] ....... 168 Figura 7. 15.- (a) y (b) Estado final de las viviendas reforzadas y no reforzadas después del terremoto del 23 de junio de 2001 [30] ............................................................................................ 168 Figura 7. 16.- Estado final de las viviendas reforzadas después del terremoto del 15 de agosto de 2007, (a) Guadalupe [33] y (b) Pachacútec [32] ............................................................................. 169 Figura 7. 17.- Capacitación a instructores en reforzamiento con malla electrosoldada, (a) clases teóricas, y (b) clases prácticas sobre viviendas existentes [25]. ...................................................... 170 Figura 7. 18.- (a) y (b) Vivienda reconstruidas en el Proyecto COPASA-GTZ con la participación de los beneficiarios [34]. .................................................................................................................. 170 Figura 7. 19.- Capacitación en el campus PUCP, (a) clases teóricas, (b) practicas sobre un muro de adobe auxiliar, y (c) sobre una vivienda modelo [4, p. 21] .............................................................. 171 Figura 7. 20.- Capacitación en el campus PUCP, (a) clases teóricas, (b) elaboración de adobes, y (c) construcción de vivienda modelo [4] ............................................................................................... 172 Figura 7. 21.- Actividades de diagnóstico, (a) viviendas dañadas, y (b) colapso de cercos. ........... 173 Figura 7. 22.- Actividades de sensibilización, (a) ensayo con mesa vibratoria de modelos a escala, y (b) imágenes de Huaraz después del terremoto de 1970 .................................................................. 173 Figura 7. 23.- Actividades de capacitación, (a) anudado de cuerdas, y (b) colocación de refuerzo en muro de adobe existente [4] ............................................................................................................. 173 Figura 7. 24.- prueba de la bolita (a) preparación de bolitas de adobe de 20 mm de diámetro, (b) forma de presionar con los dedos pulgar e índice, y (c) prueba del disco [13] ................................ 175 Figura 7. 25.- Prueba del rollo (a) Longitud ideal de 5 a 15 cm, (b) si se rompe antes de llegar a los 5 cm el suelo es arenoso, y (c) si supera los 15 cm el suelo es muy arcilloso [35]. ........................ 175 Figura 7. 26.- Prueba de la botella (a) Se llena todo el volumen de la botella (Vt) con el suelo (1/4 Vt) y agua (3/4 Vt), se agita y se deja reposar, y (b) se mide los espesores asentados [35]. ........... 175 Página | XX Figura 7. 27.- preparación del barro para hacer adobes [9, p. 19] ................................................... 176 Figura 7. 28.- Resistencia a compresión del adobe y su proceso de preparación ............................ 176 Figura 7. 29.- Gaveras o adoberas a utilizar para la fabricación de adobes, notar la parte del molde semicircular. ..................................................................................................................................... 177 Figura 7. 30.- (a) uso del tendal [37, p. 14], (b) nivelación, compactación del terreno y roseado con una capa de arena fina, (c) cubierta del tendal [9, p. 18]. ................................................................ 177 Figura 7. 31.- Proceso de elaboración de los adobes con gaveras con fondo (a) Llenado del molde, (b) alisado de la cara superior, (c) y (d) vaciado y desmolde del adobe [38]. ................................. 178 Figura 7. 32.- Proceso de elaboración de los adobes con gaveras sin fondo (a) Llenado del molde, (b) compactado, (c) enrasado y (d) desmolde del adobe. [9] ........................................................... 178 Figura 7. 33.- Condiciones ideales para la ubicación de la vivienda, (a) suelo seco, firme y resistente de roca o grava, y (b) en pendientes se deben construir muros de contención y canales de drenaje [11, p. 20]. ........................................................................................................................................ 179 Figura 7. 34.- ejemplos de zonas expuestas al agua donde no se debe construir, (a) cerca al cauce de los ríos, (b) zonas con nivel alto de agua subterránea [11, p. 21] .................................................... 179 Figura 7. 35.- ejemplos de peligro de colapso de casas antiguas, (a) debajo, (b) al lado [11, p. 20] .......................................................................................................................................................... 179 Figura 7. 36.- Herramientas requeridas para la construcción de una vivienda de adobe [8] ........... 180 Figura 7. 37.- Trabajos preliminares, (a) limpieza del terreno, (b) colocación de estacas para nivelación, y (c) nivelación y cortes del terreno [11, p. 29 y 30] .................................................... 180 Figura 7. 38.- Excavación de zanjas [11] ......................................................................................... 181 Figura 7. 39.- construcción de cimientos con concreto ciclópeo [11] ............................................. 182 Figura 7. 40.- construcción de sobrecimientos de concreto [11] ..................................................... 182 Figura 7. 41.- Tipos de amarre de los muros con adobes cuadrados, en (a) L, (b) T, y (c) X [11]. . 183 Figura 7. 42.- Tipos de refuerzos, (a) cuerdas [9], (b) geomallas [11] ............................................ 183 Figura 7. 43.- Elementos rigidizadores, (a) viga collar y (b) contrafuertes. [11] ............................ 184 Figura 7. 44.- Techo inclinado [11] ................................................................................................. 184 Figura 7. 45.- Techo plano [11] ....................................................................................................... 185 Figura 7. 46.- Construcción de (a) enlucidos y (b) pisos [11] ........................................................ 185 Página | XXI ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2. 1. Principales sitios arqueológicos construidos con tierra en el Perú y en el mundo .......... 22 Tabla 2. 2.- Normas que rigen la construcción con adobe ................................................................. 25 Tabla 2. 1.-Viviendas por tipo y número de ocupantes en el Perú [55] ............................................. 69 Tabla 5. 1.- Normas Estándar............................................................................................................. 78 Tabla 5. 2.- Notaciones de resistencias mecánicas. ........................................................................... 79 Tabla 5. 3.- Datos experimentales de compresión en adobes contemporáneos ................................. 83 Tabla 5. 4.- Datos experimentales de tracción en adobes contemporáneos ....................................... 86 Tabla 5. 5.- Datos experimentales de compresión y flexión en tres puntos en morteros de barro .... 89 Tabla 5. 6.- Coeficiente de forma α [63, pp. A3-15] ......................................................................... 90 Tabla 5. 7.- resultados del ensayo de tracción indirecta en morteros de barro .................................. 90 Tabla 5. 8.- Resultados de ensayos de compresión uniaxial en pilas y muretes de adobe ................. 93 Tabla 5. 9.- Resultados de ensayos a compresión diagonal en muretes de adobe. ............................ 97 Tabla 5. 10.- Dimensiones de muro equivalente en el ECM en muros sin refuerzo (mm) .............. 101 Tabla 5. 11.- Resultados de ensayos de corte monotónico en mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) ........................................................................................................................................... 101 Tabla 5. 12.- Dimensiones de muro equivalente en ECC en muros sin refuerzo (mm) .................. 105 Tabla 5. 13.- Resultados del ensayo de corte cíclico en mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) ........................................................................................................................................... 105 Tabla 6. 1.- Propiedades de diferentes tipos de caña ....................................................................... 124 Tabla 6. 2.- Comparación de tipos de refuerzo en ensayos de corte en muros ................................ 149 Página | 1 CAPÍTULO 1.- INTRODUCCIÓN Vivienda de adobe en un poblado peruano andino [1] Página | 2 CAPÍTULO 1.- INTRODUCCIÓN 1.1. Motivación En el Perú, cuando una persona quiere iniciar el estudio sobre la mampostería de adobe, ésta encontrará que existe gran cantidad de publicaciones sobre este tema. Estas publicaciones tienen diferentes dimensiones: (1) historia, (2) arquitectura, (3) propiedades mecánicas, (4) reforzamiento sísmico y (5) capacitaciones. En las publicaciones, cada dimensión tiene un tratamiento por separado. Es decir, o sólo se estudia aisladamente la historia de un sitio arqueológico de adobe (ej. “Chan Chan: Ayer y hoy” [2]), las características de las viviendas de un determinado lugar (ej. “Parámetros estructurales de las viviendas de adobe (Cusco, Perú) para la evaluación del desempeño sísmico” [3]), una determinada propiedad mecánica (ej. “Investigación experimental para derivar la ecuación de esfuerzo-deformación de los bloques de adobe sometidos a compresión” [4]), un tipo de reforzamiento (ej. “Uso de la inyección de barro y refuerzo externo de malla de cuerdas para el reforzamiento de construcciones de tierra localizadas en áreas sísmicas” [5]), o la evaluación post- desastre de un proyecto de capacitación (ej. Comportamiento ante el terremoto del 23-06-2001 de las viviendas de adobe reforzadas en Moquegua, Tacna y Arica [6]). Toda esta información está dispersa. Pero, todas estas dimensiones apuntan directa o indirectamente a un tema general: el desarrollo de la construcción con mampostería de adobe. Las publicaciones relacionadas al tema son a nivel mundial y nacional (Perú). Sin embargo, a pesar de esta gran cantidad de publicaciones, en el Perú, son pocas las que abordan, de una forma general y completa, el desarrollo de la construcción de viviendas hechas con mampostería de adobe en el Perú. Los casos son aislados y en algunos casos no están actualizados. Por ejemplo, uno de los libros más completos del tema es “Buena tierra: apuntes para el diseño y construcción con adobe.” del Ing. Tejada (2001) [7]. Sin embargo, este libro data del 2001, y desde entonces se realizaron numerosas investigaciones. Existen otros textos como la tesis de Lopez y Bernilla (2012) “Evaluación funcional y constructiva de viviendas con adobe estabilizado en Cayaltí. Programa COBE-1976” [8], la cual aborda hasta 3 dimensiones (historia, arquitectura y capacitaciones). Para resumir, al 2017, se tienen numerosas investigaciones relacionadas al tema del desarrollo de las construcciones con adobe y falta un texto que recopile toda esta información. Por este motivo, se decidió redactar este texto que aborda la problemática del riesgo sísmico de las viviendas hechas con mampostería de adobe en el Perú, titulado “DESARROLLO DE LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE ADOBE SÍSMICAMENTE REFORZADAS EN EL PERÚ”. 1.2. Objetivo principal, actividades y organización del libro El objetivo principal de este texto es contribuir a mejorar los conocimientos sobre el desarrollo de la construcción de viviendas hechas con mampostería sísmicamente reforzadas en el Perú. El objetivo específico es redactar un libro que recopile la información relevante del tema. Para alcanzar este objetivo específico, es necesario, primero, conocer la realidad de las construcciones tradicionales con mampostería de adobe. Para ello, se debe responder a las preguntas ¿Qué son?, ¿Cómo son?, ¿Cómo se fabrican?, y ¿Cuál es el problema?. Luego, la información de sismos pasados, permite validar el problema planteado, además de conocer cuáles son los modos de falla y cuáles son las propiedades mecánicas que influyen en el comportamiento de estas construcciones. Después, para comprender este comportamiento estructural, es necesario conocer cuáles son las propiedades que rigen su comportamiento y cómo se calculan mediante ensayos de laboratorio. Todo lo anterior, constituye la información básica para estudiar y entender los tipos de refuerzo planteados. Finalmente, para cerrar Página | 3 el círculo, se debe estudiar los principales proyectos de sensibilización, capacitación y reconstrucción realizados en el Perú. En este contexto, para lograr el objetivo específico, las actividades son la redacción 8 capítulos. Capítulo 1: Introducción. Capítulo 2: Historia de las construcciones con tierra en el mundo y en el Perú. Capítulo 3: Construcciones tradicionales con adobe en Perú. Capítulo 4: Comportamiento de las viviendas de adobe ante fenómenos naturales. Capítulo 5: Propiedades mecánicas de la mampostería de adobe. Capítulo 6: Reforzamiento sísmico de las viviendas hechas con mampostería de adobe. Capitulo 7: Transferencia de la tecnología de reforzamiento sísmico de las viviendas de adobe a la sociedad peruana. Capítulo 8: Conclusiones. 1.3. Enfoque, intención y público objetivo El enfoque de esta tesis es estudiar el comportamiento sísmico de las viviendas hechas con mampostería de adobe en el Perú, por su tradición mayoritaria sobre otras técnicas constructivas con tierra en el país. Las intenciones de la tesis son las siguientes: (1) contribuir con la difusión del desarrollo de las viviendas hechas con mampostería de adobe en el Perú, (2) servir de base para el desarrollo del reforzamiento de monumentos históricos, y (3) ser punto de partida para futuras investigaciones Por ello, el público objetivo son personas que deseen contribuir a resolver la problemática de las construcciones vernáculas con mampostería de adobe en el Perú. Por las características técnicas de los temas abordados, se entiende que ingenieros civiles, arquitectos, investigadores y estudiantes de últimos ciclos de las mencionadas carreras sean el principal público interesado en este texto. 1.4. Definiciones A continuación se presentan las principales definiciones que se utilizarán en este texto. Las definiciones presentadas se tomaron de la “Norma E.080: Adobe (2001)” [9], del “Proyecto de actualización - versión 1 - Norma E.080: Construcción con tierra. Noviembre 2013” [10] y de la web de PROTERRA [11]. Aditivos naturales. Materiales naturales como la paja y la arena gruesa, que controlan las fisuras que se producen durante el proceso de secado rápido. Adobe. Bloque macizo de tierra sin cocer, el cual puede contener paja u otro material que mejore su estabilidad frente a agentes externos. Adobe Estabilizado. Adobe en el que se ha incorporado otros materiales (asfalto, cemento, cal, etc.) con el fin de mejorar sus condiciones de resistencia a la compresión y estabilidad ante la presencia de humedad. Altura libre de muro. Distancia vertical libre entre elementos de arriostre horizontales. Arcilla. Único material activo e indispensable del suelo. En contacto con el agua permite su amasado, se comporta plásticamente y puede cohesionar el resto de partículas inertes del suelo formando el barro, que al secarse adquiere una resistencia seca que lo convierte en material constructivo. Tiene partículas menores a dos micras (0.002 mm). Arena fina. Es un componente inerte, estable en contacto con agua y sin propiedades cohesivas, constituido por partículas de roca con tamaños comprendido entre 0.08 mm y 0.50 mm. Como el limo, puede contribuir a lograr una mayor compacidad del suelo, en ciertas circunstancias. Página | 4 Arena gruesa. Es un componente inerte, estable en contacto con el agua, sin propiedades cohesivas, constituido por partículas de roca comprendidas entre alrededor de 0.6 mm y 4.75 mm (según Normas Técnicas Peruanas y/o las mallas N° 30 y N° 4 ASTM) que conforman la estructura granular resistente del barro en su proceso de secado. La adición de arena gruesa a suelos arcillosos, disminuye el número y espesor de las fisuras creadas en el proceso de secado, lo que significa un aumento de la resistencia del barro seco según se ha comprobado en el laboratorio. Arriostre. Elemento que impide el libre desplazamiento del borde de muro, considerándose un apoyo. El arriostre puede ser vertical (muro transversal o contrafuerte) u horizontal (viga collar). Contrafuerte. Es un arriostre vertical construido con este único fin. De preferencia puede ser del mismo material o un material compatible (por ejemplo, piedra). Colapso. Derrumbe súbito de muros o techos. Puede ser un derrumbe parcial o total. Dormido. Proceso de humedecimiento de la tierra ya zarandeada (cernida o tamizada para eliminar piedras y terrones), durante dos o más días, para activar la mayor cantidad de partículas de arcilla, antes de ser amasada con o sin paja para hacer adobes o morteros. Esbeltez vertical (λv). Es la relación entre la altura libre del muro y su espesor. Extremo libre de muro. Es el borde vertical u horizontal no arriostrado de un muro. Fisura o grieta estructural. Rajadura que se presenta en los muros de tierra producidas por cargas mayores a las que puede resistir el material, por gravedad, terremotos, accidentes u otros. Atraviesan los muros de lado a lado y pueden ser de espesores variables o invisibles al ojo humano. Grieta: Abertura mayor a un milímetro. Fisura: Abertura igual o menor de un milímetro. Limo. Es un material componente inerte, estable en contacto con agua y sin propiedades cohesivas, constituido por partículas de roca con tamaños comprendidos entre 0.002 mm y 0.08mm. Mampostería de adobe. Técnica de construcción de muros hechos con adobes secos asentados con mortero de barro. Mortero. Material de unión de los adobes en un muro. Debe ser de barro mezclado con paja o con arena gruesa y eventualmente con otras sustancias naturales espesas para controlar las fisuras del proceso de secado Muro Arriostrado. Es un muro cuya estabilidad lateral está confiada a elementos de arriostre horizontales y/o verticales y que incluye refuerzos. Prueba de campo. Ensayo realizado sin herramientas a pie de obra o en laboratorio, basados en conocimientos comprobados en laboratorio a través de métodos rigurosos, que permite tomar decisiones de selección de canteras y dosificaciones. Prueba de laboratorio. Ensayo de laboratorio que permite conocer las características mecánicas de la tierra, para diseñar y tomar decisiones de ingeniería. Refuerzos. Elementos constituidos por materiales con alta capacidad de tracción, que sirven para controlar los desplazamientos de muros en caso de fisuras estructurales. Deben ser compatibles con el material tierra, es decir, flexibles y de baja dureza para no dañarlo, incluso durante las vibraciones que producen los sismos. Página | 5 Secado. Proceso de evaporación del agua que existe en la tierra húmeda. El proceso debe controlarse para producir una evaporación muy lenta del agua, mientras la arcilla y barro se contraen y adquieren resistencia. Si la contracción es muy rápida, se producen fisuras. Sismo leve. Igual o menor a intensidad III de la Escala de Mercalli Modificada. Sismo moderado. Entre las intensidades IV y VI de la Escala de Mercalli Modificada. Sismo fuerte. Igual o mayor a la intensidad VII de la Escala de Mercalli Modificada. Tierra. Material de construcción compuesto de cuatro componentes básicos: Arcilla, limo, arena fina y arena gruesa. Viga collar, viga solera o viga de coronación. Componente estructural de uso obligatorio, que generalmente conectan a los entrepisos y techos con los muros. Adecuadamente rigidizados en su plano, actúan como elemento de arriostre horizontal. Página | 6 Bibliografía [1] D. Sánchez, «7 de octubre: Día mundial de la arquitectura casas de adobe y albañiles,» 06 octubre 2014. [En línea]. Available: http://sanmiguelcajamarca.blogspot.pe/2014/10/7-de- octubre-dia-mundial-de-la.html. [2] E. Vergara y L. Valle, Chan Chan: Ayer y hoy, Primera ed., Trujillo: Horizonte, 2012. [3] N. Tarque, H. Crowley, H. Varum y R. Pinho, Parámetros estructurales de las viviendas de adobe (Cusco, Perú) para la evaluacion del desempeño sísmico, Lima, Perú, 2009. [4] R. Illampas, I. Ioannou y D. Charmpis, «Adobe bricks under compression: Experimental investigation and derivation of stress–strain equation,» de Construction and Building Materials, vol. 53, Science Direct, 2014, pp. 83-90. [5] M. Blondet, J. Vargas N, C. Sosa y J. Soto, «Unsing mud injection and an external rope mesh to reinforce historical earthen buildings located in seismic areas,» de SAHC2014 – 9th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions, Mexico City, Mexico, Pontificia Universidad Católica del Perú, 2014. [6] L. Zegarra, Á. San Bartolomé y D. Quiun, «Comportamiento ante el terremoto del 23-06- 2001 de las viviendas de adobe reforzadas en Moquegua, Tacna y Arica,» de Publicación del Departamento de Ingeniería, Sección Ingeniería Civil, Lima, PUCP, 2001, pp. 27-33. [7] U. Tejada, Buena tierra : apuntes para el diseño y construcción con adobe., Primera ed., Lima: CIDAP, 2001. [8] J. Lopez y P. Bernilla, Evaluación funcional y constructiva de viviendas con adobe estabilizado en Cayalti. Programa COBE-1976, Lima, Perú: Tesis de maestría de la Universidad Nacional de Ingeniería, 2012. [9] E.080 "Adobe", Norma Técnica E.080 "Adobe", Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento ed., Lima, Perú: Reglamento Nacional de Edificaciones, 2000. [10] MVCS, Proyecto de actualización - versión 1 - Norma E.080 Construccion con tierra. Noviembre 2013, Lima, Perú, 2013. [11] PROTERRA, «Red Iberoamericana de Arquitectura y Construcción con Tierra,» [En línea]. Available: http://redproterra.org/index.php?option=com_glossary&func=display&letter=D&Itemid=18 &catid=7&page=1. [Último acceso: 15 04 2017]. Página | 7 CAPÍTULO 2.- HISTORIA DE LAS CONSTRUCCIONES CON TIERRA EN EL MUNDO Y EN EL PERÚ Ciudad de Chan Chan [1, p. Foto. Jim Williams] Página | 8 CAPÍTULO 2. HISTORIA DE LAS CONSTRUCCIONES CON TIERRA EN EL MUNDO Y EN EL PERÚ La tierra es un material accesible porque está en todas partes. Por esta razón, la tierra es uno de los primeros materiales utilizados para la construcción de viviendas por la humanidad. Varias civilizaciones desarrollaron diferentes formas de construcción con tierra, muchas de ellas con características comunes. Los principales tipos de construcciones son la mampostería de adobe, los muros monolíticos de barro, y los muros con tierra apisonada [2, p. 1]. La mampostería de adobe se define como un conjunto de bloques secos de tierra trabados o puestos entre sí con mortero de barro. En la bibliografía consultada el bloque de tierra es llamado adobe, sun dried mud brick, earth block, earth brick, at-tob en arabia, thobe en Egipto, y toub en Francia [2, p. 542]. Algunos ejemplos de esta técnica se observan en los sitios arqueológicos de Tel es-Sultan, Chan Chan, y Bam. Los muros monolíticos de barro se construyen a través del apilamiento de capas delgadas de barro sin el uso de moldes. En la bibliografía, esta técnica es llamada coursed adobe, muros de barro o mud walls, chineh en Irán, tauf en países arábicos, y cob en Inglaterra [2, p. 547]. Ejemplos de esta técnica se observan en el pueblo de Taos y en las antiguas ciudades de Sana’a y Shibam. Los muros con tierra apisonada se construyen a través del apisonado o compactado de capas gruesas de barro, de 150 a 200 mm, que se colocan directamente dentro de encofrado móvil puesto sobre el muro. Este encofrado puede ser continuo o cerrado. Si es cerrado, a los bloques de tierra formados se les llama tapias, y al muro se llama tapial. En la bibliografía, la técnica con tierra apisonada es llamada tapial en Perú, rammed earth o pisé de terre en Francia [2, p. 546]. Ejemplos de esta técnica1 se observa en tramos de la Gran Muralla China. A continuación, se hará una reseña histórica acerca de los principales sitios construidos con tierra en el mundo y en el Perú. 2.1. Historia de las construcciones con tierra en el mundo En esta sección se revisará la evolución con el tiempo de las construcciones con tierra. Empezando desde los primeros asentamientos; pasando por las grandes ciudades y monumentos. El objetivo es mostrar la tradición constructiva del material tierra plasmada en grandes ciudades y monumentos que ahora forman parte de la historia de la humanidad. Se elaboró una figura que muestra los principales sitios construidos con tierra, se da un especial énfasis en las construcciones con adobe (Figura 2. 1). 1 En la investigación de Jaquin (2008) [61] se mencionan las principales construcciones con tierra apisonada alrededor del mundo Página | 9 Figura 2. 1.- Sitios importantes con construcciones con tierra en el mundo. Tell es-Sultan en Palestina La ciudad de Tell es-Sultan, o antiguo Jericó, se ubica en Palestina y data de los años 8500 a 7500 a.C (Figura 2. 2 a). Es el asentamiento, que posteriormente ascendió a ciudad, más antiguo del mundo. Donde grupos de cazadores y recolectores se asentaron en una tierra fértil para iniciar un proceso de domesticación de pantas y animales [1]. Debido a guerras y desastres naturales tuvo muchos cambios con el tiempo. Excavaciones arqueológicas indican la presencia de 23 capas de diferentes civilizaciones. En cada etapa se utilizaron diferentes materiales principalmente la mampostería de piedra y de adobe. En la etapa neolítica, las viviendas se construyeron con bloques de barro amorfos (adobes), pero, con el tiempo evolucionaron a adobes rectangulares (Figura 2. 2 a y b). (a) (b) (c) Figura 2. 2.- Tell es-Sultan en Palestina, (a) vista panorámica [3, p. 10], (b) adobes sin forma [3, p. 7], (c) evolución a adobes rectangulares [4, p. 1] Çatalhöyük en Turquía El sitio neolítico de Çatalhöyük se ubica en Turquía y data de los años 7400 al 6200 a.C (Figura 2. 3 a). Es un conjunto urbano grande y bien preservado, llegó a cubrir 13 hectáreas. El asentamiento es un testimonio de la evolución de la organización social y cultural de los humanos en su vida sedentaria. Provee evidencia importante de la transición de la vida en aldeas a la aglomeración en ciudades. Se trata de un conjunto único de casas agrupadas sin calles, donde se accedía a ellas a través del techo. Su estructura, por zonas, está construida con adobe (Figura 2. 3 b) Página | 10 (a) (b) Figura 2. 3.- Asentamiento de Çatalhöyük (a) Esquema de vivienda, y (b) Asentamiento [5]. Zigurat de Tchogha Zanbil en Irán Tchogha Zanbil es un zigurat, construcción piramidal trunca, ubicado en Irán y data de los años 1275 a 1240 a.C (Figura 2. 4 a). Es el zigurat más grande y mejor preservado de la región de Mesopotamia. En este sitio se hallan las ruinas de la ciudad sagrada del reino de Elam, rodeadas por tres imponentes murallas concéntricas. La construcción esa ciudad permaneció inacabada después de su invasión por los asirios, como lo atestiguan los miles de ladrillos sin utilizar que se han encontrado. Su estructura está compuesta internamente por bloques de adobe y externamente por ladrillos cocidos (Figura 2. 4 a y b). (a) (b) (c) Figura 2. 4.- Zigurat de Tchogha Zanbil en Irán (a) vista panorámica (Foto. Geoff Steven), (b) detalles de la mampostería (Foto. Sébastien Moriset), y (c) detalle de adobes (Foto. Geoff Steven) Bam en Irán La ciudad fortificada medieval de Arg-e-Bam se ubica en Irán y data de los años 600 a 400 a.C. Sin embargo, su mayor esplendor y la consecuente construcción de las mayores estructuras datan de los años 700 a 1200 d.C. Fue la ciudad construida con tierra más grande del mundo, tiene una extensión de 18 hectáreas (Figura 2. 5 a) [6]. Sus orígenes se remontan desde los años durante el imperio Sasánida, perteneciente la cultura persa [7]. Fue un importante asentamiento comercial y servía de paso para el comercio de seda y algodón [8]. La ciudadela fortificada (llamada Arg) contiene 38 torres de vigilancia, cuarteles de gobierno y la parte histórica de la ciudad, cuya mezquita, de los años 700 o 900, es la más antigua de Irán [8]. La técnica constructiva fue el chineh y el khesht [9], el primero es una variante del apilamiento de capas de barro, mientras que el segundo es una técnica similar a la mampostería de adobe (Figura 2. 5 b y c). Página | 11 (a) (b) (c) Figura 2. 5.- La ciudad fortificada medieval de Arg-e-Bam (Foto. Martin Gray), (a) vista panorámica, (b) y (c) detalles. Sana’a en Yemen Sana’a es una antigua ciudad que se ubica en Yemen y data de los años 575 a 75 a.C. (Figura 2. 6 a). Sin embargo, su periodo de apogeo se da entre los años 700 y 800 d.C. Fue un importante centro de propagación de la religión islámica [1]. Contiene 103 mezquitas 14 casas de baños públicos (hammam) y más de 6000 construidas antes del año 500 d.C. Se caracteriza por tener casas-torre de múltiples pisos. La técnicas constructivas empleadas fueron mampostería de ladrillo cocido, muros de tierra apisonada y adobe (Figura 2. 6 b y c). (a) (b) Figura 2. 6.- Ciudad vieja de Sana’a en Yemen, (a) [10], y (b) [11] La gran muralla China La gran muralla se ubica al norte de china y empezó a construirse aproximadamente en el año 220 a.C. y continuó hasta 1644 (Figura 2. 7 a). Es la obra de ingeniera más grande de todos los tiempos. La obra de defensa militar tiene una extensión de 20000 km. Su estructura se compone de muros, pistas de caballos, torres de vigilancia, refugios, fortalezas y pasos a lo largo del muro [1]. En esta muralla se juntan muchas etapas de la civilización china; cada etapa se distingue por materiales y técnicas de construcción particulares. Por ejemplo, un testimonio de la antigua civilización China se encuentra en la provincia de Gansu con los muros construidos con tierra apisonada (Figura 2. 7 b). Página | 12 (a) (b) Figura 2. 7.- Tramos de la gran muralla China (a) [12] , y (b) [13] Djenne en Mali La antigua ciudad de Djenne se ubica en Mali y data de los años 250 a.C (Figura 2. 8 a). El sitio de Djenné llegó a ser un centro mercantil importante y un eslabón de la ruta transahariana del oro. En los años 1400 y 1500 fue un foco de propagación del Islam. Contiene a la Gran Mezquita de Djenne y 2500 viviendas tradicionales y otros sitios arqueológicos importantes. La principal técnica constructiva es con mampostería de adobe (Figura 2. 8 a y b). (a) (b) (c) Figura 2. 8.- Djenne en Mali, (a) Gran Mezquita (Foto. Francesco Bandarin), (b) detalles (Foto. Francesco Bandarin), y (c) mampostería de adobe (Foto. Thierry Joffroy) Tombuctú en Mali Tombuctú es un centro arqueológico de tierra que se ubica en Mali y data de los años 400 d.C. Sin embargo, el principal apogeo de construcción se dio entre los años 1300 a 1580. Tombuctú fue durante los años 1400 y 1500 una de las capitales intelectuales y espirituales del Islam y un foco de propagación de esta religión en África. Las tres grandes mezquitas de Djingareyber, Sankoré y Sidi Yahia son testigos de su edad de oro pasada [1]. (a) (b) (c) Figura 2. 9.- Tombuctú en Mali (a) (Foto. Our Place), (b) (Foto. Francesco Bandari), y (c) (Foto. Our Place) Página | 13 Palacios de la cultura tibetana La cultura tibetana realizó numerosas construcciones con tierra: monasterios, fortalezas y viviendas. El Potala se ubica en Lhassa, China y data del año 600 d.C. Es un monasterio-palacio-fortaleza y constituye un símbolo del budismo tibetano y del papel desempeñado por éste en la administración tradicional del Tíbet [1]. Las construcciones hechas de madera están encerradas por muros de piedra y de tierra apisonada (Figura 2. 10 a) [14, p. 31]. Otra construcción importante es la fortaleza de Shey, ubicada en la India. Tuvo su mayor esplendor en 1550 d.C. Fue construido con muros tierra apisonada (Figura 2. 10 a). (a) (b) Figura 2. 10.- Monasterios y palacios en la región Himalaya (a) Potala (Foto. Martin Gray), (b) Shey [14, p. 554]. Tolou de Fujian en China Las construcciones de tierra de Fujian Tolou se ubican en China y datan alrededor del año 1200 d.C (Figura 2. 11 a). Realizadas con fines defensivos por la etnia Hakka, Son construcciones en forma circular o cuadrada en torno a un patio central. Albergaban viviendas en varios pisos (Figura 2. 11 b). Constituyendo pequeños reinos familiares o pequeñas ciudades prósperas. En el sitio existen 46 construcciones de este tipo [1]. La técnica constructiva utilizada es la tapia internamente reforzada con cañas (Figura 2. 11 c) [15, p. 16]. (a) (b) (c) Figura 2. 11.- Fujian Tolou en China (a) conjunto de casas (Foto. Basile Cloquet), (b) (Foto. Song Xiang Lin), y (c) (Foto. Vincent Ko Hon Chiu) Pueblo Taos en Estados Unidos El pueblo de Taos se ubica en Nuevo México, Estados Unidos, y data alrededor del año 1300 d.C. (Figura 2. 12 a). Es un asentamiento representativo de las culturas de indios que se asentaron en Arizona y Nuevo México. Está emplazado en el valle de un pequeño afluente del Río Grande, tiene alrededor de 19 hectáreas. Comprende un conjunto de viviendas y edificios de uno y dos pisos. La Página | 14 técnicas constructivas utilizadas son el apilamiento de capas de barro y la mampostería con bloques de adobe (Figura 2. 12 a y b) [16] [2, p. 547]. (a) (b) (c) Figura 2. 12.- Pueblo Taos, Nuevo México, Estados Unidos (a) (Foto. Edmondo Gnerre), (b) (Foto. David Muench), y (c) (Foto. David Muench). Shibam en Yemen Shibam es una Antigua ciudad amurallada que se ubica en Yemen y data de los años 1500 a 1600 d.C (Figura 2. 13 a). Esta ciudad constituye uno de los más antiguos y mejores ejemplos de planificación urbanística basada en el principio de la construcción vertical [1]. Sus edificios en forma de torres de hasta 11 pisos le han valido el sobrenombre de “Manhattan del desierto”. La técnica constructiva utilizada es mampostería de adobe (Figura 2. 13 b y c). (a) (b) (c) Figura 2. 13.- Antigua ciudad amurallada de Shibam en Yemen, (a) (Foto. Jean-Jacques Gelbart), (b) (Foto. Aneta Ribarska), y (c) (Foto. Geoff Steven) Ksar de Ait-Ben-Haddou en Marruecos Ait-Ben-Haddou es una ciudad fortificada, o Ksar, que se ubica en Marruecos y data de los años 1600 a 1700 d.C (Figura 2. 14 a). Este sitio es un ejemplo notable de la arquitectura pre-Sahariana de Marruecos. Está formada por un conjunto de edificios de adobe rodeados por altas murallas. La técnica constructiva utilizada fue la mampostería de adobe (Figura 2. 14 b y c). Página | 15 (a) (b) (c) Figura 2. 14.- Ksar de Ait-Ben-Haddou (a) (Foto. Yvon Fruneau), (b) (Foto. Sébastien Moriset), y (c) (Foto. Jean-Jacques Gelbart) 2.2. Historia de las construcciones con tierra en el Perú En el Perú se puede diferenciar el uso del adobe como material de construcción en 4 etapas: pre inca, inca, colonial-republicana y contemporánea. En la época pre inca, en el norte del Perú se tiene la Huaca del Sol y de la Luna de la cultura Moche y a Chan Chan de la cultura Chimú; en el centro se tiene a Fortaleza de Paramonga y Pachacamac de la cultura Lima y a la ciudad de Caral. En el sur se tienen construcciones en Nazca de la cultura Nazca. En la época Inca se tiene el camino Inca o Qapac Ñan a lo largo de la costa y sierra, y en la zona andina San Pedro de Rajchi y Ollantaytambo. En la época Colonial el Convento de los Descalzos, la Iglesia de San Pedro de Carabayllo, la ruta del barroco andino que constituyen 3 importantes iglesias de adobe en Cusco. En la época colonial- republicana y contemporánea, 1824 en adelante, en las zonas andinas el uso del adobe como material de construcción es aún muy común. A continuación se presentan los principales sitios arqueológicos construidos con adobe en el Perú. Figura 2. 15.- Sitios importantes con construcciones con tierra en el Perú. Página | 16 Pachacamac Pachacamac se ubica en departamento de Lima. Este santuario comenzó a ser construido durante la vigencia de la cultura Lima, a comienzos de nuestra era, 100 a.C. y continuó sus funciones hasta la llegada de los españoles en 1532 d.C. [17]. Se estima que el área que presenta complejos con arquitectura monumental alcanzó una extensión superior a las 100 hectáreas (Figura 2. 16 a) [18, p. 404]. El Señorío de Pachacamac era uno de los centros religiosos de mayor renombre en los valles consteños y en el ámbito andino [19, p. 77]. El antiguo nombre del “Señorío” era el de “Ychsma” y fue cambiado por el de Pachacamac por orden de Túpac Yupanqui, cuando conquistó la costa central [20, p. 9]. El área nuclear está delimitada al norte por la Antigua Muralla de la Ciudad, al suroeste por el Templo del Sol y el recinto amurallado del Templo de Pachacamac y al noreste por el Complejo de Tauri Chumbi [18, p. 404]. Los sectores dentro de la Antigua Muralla se caracterizan por conformar complejos amurallados construidos mayormente con adobe. La estructura central de estos complejos corresponde a una edificación piramidal constituida por plataformas escalonadas, que presentan una secuencia de rampas dispuestas en su eje central. En Pachacamac se han identificado 15 complejos de este tipo [18, p. 404]. En la zona se utilizaron adobes pequeños de forma cuadrada y rectangular (Figura 2. 16 b) [21, p. 161]. (a) (b) Figura 2. 16.- Pachacamac (a) Pirámide con rampa y (b) detalle de adobes [22]. La ciudad Moche de las huacas del sol y de la luna La ciudad Moche se ubica en la costa norte peruana en el departamento de La Libertad, provincia de Trujillo, en el valle de Moche. Cubre un área de poco más de 100 hectáreas. Fue la capital de una de las más poderosas organizaciones estatales regionales de su tiempo, perteneciente a la sociedad Moche [18, p. 196]. La sociedad Moche (0-850 d.C.) es heredera directa de las culturas Cupisnique y Chavín, y base de la sociedad Chimú (800-1400 d.C.) que conquistaron los incas medio siglo antes de la llegada hispana [23, p. 111]. En este sentido, los dominios territoriales de la sociedad Moche se distinguen por tener una amplia distribución de los asentamientos en toda la extensión de la costa norte peruana , entre los que sobresale La ciudad Moche de las huacas del Sol y la Luna [18, p. 195] [24, p. 3]. La ciudad se asentaba sobre una extensa explanada donde se erigían palacios, viviendas, talleres, barrios de los pobladores, entre otros [18, p. 197]. Por encima de esta densa trama de estructuras y a ambos extremos de la ciudad se erguían las dos enormes edificaciones construidas íntegramente con adobe, las Huacas del Sol y de la Luna [18, p. 197]. La Huaca de la Luna está constituida por dos edificios: el primero, el Templo Viejo que data desde la ocupación Moche hasta 600 d.C.; y el Página | 17 segundo, el Templo Nuevo vigente desde los años 600 hasta 850 d.C. [25, p. 15]. La Huaca del Sol se considera como el Palacio de residencia de los gobernantes mochicas. La zona entre las dos huacas constituye el núcleo urbano [26, p. 56]. La Huaca del Sol es una edificación piramidal que habría tenido unos 345 m de largo y 160 m de ancho, con una altura que habría superado los 35 m en la cúspide (Figura 2. 17 a) [18, p. 197]. La pirámide fue construida íntegramente con adobes paralelepípedos elaborados con moldes llanos, posiblemente graveras de madera labrada. Se estima que en la construcción se emplearon 140 millones de adobes (Figura 2. 17 b y c) [18, p. 199]. (a) (b) (c) Figura 2. 17.- Huaca del Sol (a) Vista panorámica, (b) y (c) detalle de adobes [22]. La Huaca de la Luna es un conjunto que tiene una extensión de más de 6 hectáreas, con 300 m de largo y 220 m de ancho. Está constituido por una plataforma principal tiene unos 100, de lado a 25 m de altura (Figura 2. 18 a). También construido con adobes paralelepípedos elaborados con moldes llanos (Figura 2. 18 b y c) [18, p. 201]. (a) (b) (c) Figura 2. 18.- Huaca de La Luna, (a) Vista panorámica (b) y (c) detalle de adobes y acabados [22] Chan Chan La ciudad de Chan Chan se ubica en la costa norte peruana, en el valle del rio Moche, departamento de La Libertad, provincia de Trujillo. Surgió entre los años 600 y 700 d.C. y conoció su mayor esplendor entre 1400 y 1500 poco antes de sucumbir al poder del Imperio Inca [1] [27, p. 2]. El área nuclear, asociada a la presencia de arquitectura monumental, tiene una extensión de 600 hectáreas de área [18, p. 369]. Fue la capital de la cultura Chimú y es uno de los más grandes complejos arquitectónicos de adobe del mundo [28, p. 16]. Destaca entre otras razones por ser uno de los pocos casos en el mundo de la conservación de ruinas de una ciudad de notable extensión y complejidad y que aún se conserva en relativamente buenas condiciones [18, p. 371]. El espacio urbano de Chan Chan se divide en 3 sectores diferenciados: (1) Complejos político administrativos o ciudadelas, grandes recintos cercados que contienen estructuras arquitectónicas de características monumentales. (2) Complejos arquitectónicos monumentales, próximos a las ciudadelas y comparten rasgos formales y constructivos, pero, de menores dimensiones y sin niveles Página | 18 de acabado que las ciudadelas y. (3) Los barrios populares construidas con materiales perecederos [18, p. 371]. En su ámbito incluían conjuntos amurallados, arquitectura dedicada a los funcionarios, templos, cementerios, viviendas populares, campos agrícolas, caminos y pequeños espacios aglutinados donde vivía la población dedicada a las labores de artesanía, pesca, agricultura que sustentaban la gran capital [29]. (a) (b) (c) Figura 2. 19.- Chan Chan (a) vista panorámica [1, p. Foto. Jim Williams], (b) y (c) detalle de adobes [1, p. Fotos. Wilfredo Carazas] Para construir esta ciudad se utilizaron materiales propios de la región [22]. Tanto las ciudadelas como los complejos arquitectónicos están construidos con muros de adobe, que presentan una gran variedad formal igualmente fuerte diferenciación en cuanto a extensión y la calidad de los acabados se refiere (Figura 2. 19) [18, p. 375]. Los muros de adobe sobre cimientos de piedra unidos con barro, más anchos en la base y angostos en la cima [22]. En la figura se aprecia patios en el complejo administrativo de Tschudi, donde se aprecian muros de adobe calados (Figura 2. 19 a) [18, p. 374] Paramonga Paramonga se ubica en el departamento de Lima. Data de los años 1100 a 1400 d.C. hasta la posterior ocupación de los incas en 1440 y la invasión española en 1532. Fue una importante ciudad de la cultura Chimú [22]. La Fortaleza de Paramonga es una de sus principales construcciones y mejor conservadas (Figura 2. 20 a). Consiste en una pirámide escalonada trunca de 4 niveles de 30 m de altura (Figura 2. 20 b). La técnica de construcción fue con mampostería de adobe. En el nivel superior se encuentran construcciones de adobe, donde destacan dos cuartos gemelos separados por un estrecho pasadizo (Figura 2. 20 c). (a) (b) (c) Figura 2. 20.- Fortaleza de Paramonga en Lima, (a) vista aérea [30], (b) detalle de adobes [31], y (c) construcciones en el nivel superior [22] Página | 19 Rajchi El conjunto arqueológico de Rajchi se ubica en la zona sur de la sierra peruana, en la provincia de Canchis, Departamento del Cusco, en la margen derecha del rio Vilcanota, al pie del cono volcánico de Quimsachata (Figura 2. 21 a). Se estima que fue construido entre los años 1100 y 1450 d.C. [22]. Tiene una extensión aproximada de 100 hectáreas. Fue un importante conjunto arquitectónico hecho por los incas. Existen diferentes posiciones con respecto a su función. (1) El templo de Wiracocha, respaldado por autores como Squier, Middendorf y Gasparini [32] [33, p. 208]. (2) Un aclla huasi, o sea un lugar de reclusión de mujeres escogidas dedicadas a la fabricación de vasijas y objetos de barro [34, p. 216] [33, p. 222]. (3) Un centro administrativo equidistante entre Cusco y el Collao [35, p. 145]. Se trata de un complejo arqueológico con ruinas de agrupamientos residenciales, grandes silos pétreos de forma cilíndrica, andenes, acueductos, fuentes litúrgicas, extensas terrazas, calles y plazas [32]. Los arqueólogos lo han dividido en 5 sectores principales: Templo de Wiracocha, plazas, colcas, Mesapata y Sector E, además de un depósito artificial de agua al frente del Templo y una muralla que rodea todo el complejo [22] (a) (b) (c) Figura 2. 21.- Rajchi (a), y (b) vistas panorámicas, y (c) detalle. Fotos. [22]. La altura de los muros de la parte central promedia los 12 metros. La mampostería de adobe está encima de sobrecimientos de piedra de 3 m de alto (Figura 2. 21 b y c). Los adobes son de diferentes dimensiones en función de la variabilidad del ancho del muro. Cada espécimen de adobe fue elaborado con paja o ichu, colocándose en el sentido longitudinal de las piezas [32]. Palacio inca de Puruchuco Puruchuco se ubica en el departamento de Lima. Data de los años 1450 a 1532 d.C. Es una construcción inca que fue usada como residencia del curaca2 y su familia. También, fue centro de acopio, procesamiento y redistribución de productos. Además, una parte fue dedicada para actividades religiosas [22]. La técnica constructiva utilizada fue el tapial y la mampostería de adobe (Figura 2. 22) [27, p. 3] [22]. 2 El curaca de Puruchuco fue la máxima autoridad local vinculado a la ocupación Inca en el valle de Lima Página | 20 (a) (b) (c) Figura 2. 22.- Palacio inca de Puruchuco en Lima, (a) vista aérea [22], (b) detalle de adobes [36], y (c) detalle del tapial [22] Otras construcciones incas Otras construcciones incas hechas con tierra se pueden encontrar en Ollantaytambo, Pisac y en varios lugares del Perú (Figura 2. 23). (a) (b) (c) (d) Figura 2. 23.- Construcciones de adobe incas en el Perú, (a) deposito en Ollantaytambo [37, p. 267], (b) vivienda en Pisac [9, p. 18], (c) muro en la costa central [9, p. 18], y (d) tramo del Qhapac Ñan [38]. Convento de los Descalzos e Iglesia de San Pedro de Carabayllo La época colonial se caracterizó por el uso extensivo de las construcciones con tierra. Durante la colonia, los españoles realizaron importantes obras con mampostería de adobe. Muchas iglesias fueron construidas con tierra, En Lima, dos ejemplos representativos son el convento de Los Descalzos en Rímac (1595) y la iglesia de San Pero de Carabayllo (1571) [27, p. 3] (a) (b) (c) (d) Figura 2. 24.- (a) Convento de los Descalzos en Lima [39], y (b) detalle [40], (c) Iglesia de San Pedro de Carabayllo en Lima, fachada principal, y (d) detalle de adobes [41]. Iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, Capilla de la Virgen Purificada de Canincunca y Templo de San Juan Bautista de Huaro Las tres Iglesias se ubican en el departamento del Cusco. Se empezaron a construir alrededor del año 1600 d.C. Son las expresiones culturales más importantes del barroco andino en el Perú. La técnica Página | 21 constructiva utilizada fue la mampostería de adobe, de hasta 2 m de ancho, recubiertos con una capa de yeso decorado, de espesor variable [42, p. 3]. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 2. 25.- (a) Iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas, fachada principal [43] [42, p. 3], (b) vista interior [44], (c) Capilla de la Virgen Purificada de Canincunca, vista aérea [45], y (d) vista interior [44], (e) Templo de San Juan Bautista de Huaro, fachada principal [46], y (f) vista interior [44]. Viviendas coloniales post-terremoto de 1746 Durante la época colonial se construyeron muchas viviendas hechas con mampostería de adobe. Algunas tuvieron dos y hasta tres pisos [27, p. 4]. Sin embargo, los terremotos en Lima en 1687 y 1746 destruyeron las mayoría de construcciones en Lima y Callao [47]. A causa de esto, el Virrey emitió una orden para que se regule la construcción de viviendas de modo que sean sismorresistentes. A partir de entonces se limitaron las construcciones con adobe a un piso y si se deseaba construir más, se podía construir con quincha (Figura 2. 26 a y b). Página | 22 (a) (b) Figura 2. 26.- Casas coloniales de adobe y quincha (a) [7, p. 4] y (b) [48] Acciones post-terremoto de Huaraz en 1970 Como consecuencia del fatídico terremoto de Huaraz en 1970, donde hubo una pérdida de más de 66000 vidas humanas y destruyó alrededor de 60000 viviendas. En este contexto, en el Perú se empezaron a realizar esfuerzos para mejorar la tecnología de la construcción con mampostería de adobe. En las universidades se realizaron numerosas investigaciones. Las técnicas investigadas sirvieron como base para numerosos proyectos de reforzamiento y reconstrucción de viviendas de adobe en las zonas afectadas (Capítulo 7). Resumen A manera de resumen, se presenta la siguiente tabla. Se mencionan los sitios históricos expuestos en este capítulo, así como su ubicación y antigüedad (Figura 2. 1). Tabla 2. 1. Principales sitios arqueológicos construidos con tierra en el Perú y en el mundo Ítem Sitio Antigüedad Tipo Ubicación 1 Tell es-Sultan 8500 a 7500 a.C adobe Palestina 2 Çatalhöyük 7400 a 6200 a.C adobe Turquía 3 Zigurat de Tchogha Zanbil 1275 a 1240 a.C adobe Irán 4 Bam 600 a 400 a.C Adobe y capas de barro delgadas Irán 5 Sana’a 575 a 75 a.C tierra apisonada y adobe Yemen 6 Tramos de La Gran Muralla 220 a.C tierra apisonada China 7 Djenne en Mali 250 a.C adobe Mali 8 Tombuctú 400 d.C capas de barro delgadas Mali 9 Palacios de la cultura tibetana 600 d.C tierra apisonada Himalaya3 10 Tolou de Fujian 1200 d.C tierra apisonada China 11 Pueblo Taos 1300 d.C capas de barro Estados Unidos 12 Shibam 1500 a 1600 d.C adobe Yemen 13 Ksar de Ait-Ben-Haddou 1600 a 1700 d.C adobe Marruecos 14 Pachacamac 100 a.C adobe Perú 15 Huacas del Sol 100 a 850 d.C adobe Perú 16 Huaca de la Luna 100 a 850 d.C adobe Perú 3 La región Himalaya donde se asentó la cultura tibetana comprende parte de los países de India, Nepal y China Página | 23 Tabla 2. 1. Principales sitios arqueológicos construidos con tierra en el Perú y en el mundo Ítem Sitio Antigüedad Tipo Ubicación 17 Chan Chan 600 a 700 d.C adobe Perú 18 Paramonga 1100 a 1400 d.C adobe Perú 19 Rajchi 1100 a 1450 d.C adobe Perú 20 Palacio inca de Puruchuco 1450 a 1532 d.C adobe Perú 21 Otras construcciones incas 1100 a 1532 d.C adobe y tapial Perú 22 Iglesia de San Pedro de Carabayllo 1571 d.C adobe Perú 23 Convento de los Descalzos 1595 d.C adobe Perú 24 Iglesia San Pedro Apóstol de Andahuaylillas 1610 d.C adobe Perú 25 Capilla de la Virgen Purificada de Canincunca 1600 d.C adobe Perú 26 Templo de San Juan Bautista de Huaro 1600 d.C adobe Perú 27 Viviendas coloniales post- terremoto de 1746 1746 a 1824 d.C adobe Perú 2.3. Situación actual de las construcciones con tierra en el mundo. En la sección anterior se mostraron las construcciones realizadas con el material “tierra” más grandes del mundo y del Perú. Muchas de ellas fueron importantes palacios, centros ceremoniales o construcciones militares. Quedan vestigios de su existencia gracias a que sus grandes estructuras soportaron el efecto destructivo del clima, desastres naturales, guerras, saqueos y reconstrucciones. Sin embargo, varios de estos palacios pertenecieron a clases altas, familias de poder; o eran de uso exclusivo religioso o militar. Dado esto, se desprenden las preguntas ¿Cómo eran las construcciones donde vivían las clases medias y bajas de esas sociedades? o ¿ Cómo eran las viviendas tradicionales o vernáculas en el pasado?. En algunos casos la respuesta se encuentra en estudios arqueológicos; a partir de ciudades enteras existentes o ruinas de ellas. Pero en muchos casos, ya que las viviendas de los pobladores eran más austeras y pequeñas en comparación con las grandes construcciones, éstas se fueron deteriorando, destruyendo y desapareciendo en el tiempo. La revisión de las grandes construcciones con tierra no solo es importante para ver el uso histórico de este material, o ver su gran potencial constructivo; sino que también es importante porque proporciona información valiosa sobre las técnicas constructivas que se utilizaron en las viviendas vernáculas de épocas pasadas. Estas técnicas constructivas pasaron de generación en generación hasta la actualidad (Figura 2. 27). (a) (b) Página | 24 (c) (d) (e) (f) Figura 2. 27.- Viviendas vernaculares típicas alrededor del mundo: (a) El Salvador (Lopez M. et al), (b) Argentina (Rodriguez V. et al), (c) India (Kumar A.), (d) Irán (Mehrain M. y Naeim F. et al), (e) Perú (Loaiza et al), and (f) Guatemala (Lang et al) Con el desarrollo de la tecnología de materiales, la construcción con tierra fue perdiendo lugar en las grandes urbes. Sin embargo, en las zonas pobres la construcción con tierra está muy vigente. “En 1985, Doat et al. Mencionó que un tercio de la población mundial que habita en áreas rurales vive en construcciones con tierra. En 1989, Houben and Guillaud establecieron que al menos 20% de la población urbana y suburbana vive en casas de tierra. En la actualidad, esos números no son del todo reales por los cambios demográficos ocurridos. En el 2007, la Organización de las Naciones Unidas (ONU) estableció que la mitad de la población mundial vive en las ciudades. Lo que significa que probablemente entre el 15 y 17 % de la población mundial vive en casas de tierra” [49, p. 3]. Con esta estadística, si consideramos que al 2017 existen 7500 millones de personas, alrededor de 1000 millones de personas viven en casas de tierra (Figura 2. 28). El nivel de exposición de las personas es muy alta. Figura 2. 28.- Áreas en el mundo donde se construye con el material tierra [50]. Además las casas construidas con tierra son altamente vulnerables a los sismos e inundaciones. Esto sumado a la alta actividad sísmica existente y la alta frecuencia de lluvias en varias regiones del Página | 25 mundo (Figura 2. 29), constituye un riesgo latente de la vida de las personas que habitan estas construcciones. (a) (b) Figura 2. 29.- Distribución mundial de (a) alto riesgo sísmico, y (b) áreas lluviosas [50]. A partir de esta problemática, varios países alrededor del mundo elaboraron normas de construcción con tierra. Cid et al. (2011) [51] y Jiménez et al (2007) [52] estudiaron el panorama normativo de las construcciones con tierra; a partir de estas investigaciones se elaboró una tabla con las principales normas internacionales existentes (Tabla 2. 2). Sin embargo, es necesario precisar que aún muchos países no cuentan con reglamentos de construcción con tierra (Figura 2. 30). Tabla 2. 2.- Normas que rigen la construcción con adobe Norma País Ref Norma E.080: Adobe Perú [53] NZS 4297:1998 Engineering design of earth buildings Nueva Zelanda [54] NZS 4298:1998 Materials and workmanship for earth buildings Nueva Zelanda [55] NZS 4299:1998 Earth buildings not requiring specific design Nueva Zelanda [56] New Mexico earthen building materials code USA [57] The Australian earth building handbook Australia [58] Lehmbau regeln (DIN) Alemania [59] Página | 26 Figura 2. 30.- países en el mundo que cuentan con normativa para la construcción con tierra [50, p. 56] En el próximo capítulo se estudiarán las construcciones vernáculas no reforzadas, de mampostería de adobe en el Perú, y su problemática existente (Figura 2. 31). (a) (b) Figura 2. 31.- Construcción vernácula con adobe en el Perú, (a) casas típicas de las comunidades campesinas en Cusco [60, p. 29], y (b) barrios contemporáneos construidos con adobe en Cusco [60, p. 26] Página | 27 2.4. Conclusiones En este capítulo se desarrolló el uso histórico del material tierra en el mundo. Primero se mencionaron los tipos de técnicas existentes con este material. Luego, se repasó el uso histórico de este material a través de sitios históricos, en el mundo y en el Perú, que ahora son patrimonio de la humanidad. Finalmente, se revisó la situación actual de las construcciones con tierra en el mundo. Las conclusiones más importantes de este capítulo son las siguientes:  El material tierra tiene un gran potencial constructivo.  Las construcciones con tierra bien conservadas pueden durar mucho tiempo.  Alrededor del mundo existe una gran tradición de construir las viviendas con tierra. Página | 28 Bibliografía [1] UNESCO, «United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization,» [En línea]. Available: http://whc.unesco.org. [2] M. 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Primero, se realiza una tipificación de las construcciones existentes. Finalmente, se describe el proceso constructivo tradicional de viviendas vernáculas. 3.1. Tipología de viviendas de adobe en el Perú Se estima que en el Perú existen más de 2200000 viviendas de tierra [2]. Las técnicas de construcción de muros que se usan en el Perú son la mampostería de adobe y el tapial (Figura 3. 1 a y b). La mampostería de adobe consiste en edificar muros con bloques de adobe, que pueden ser manipulados con las dos manos, unidos con mortero de barro. El tapial es un sistema que consiste en edificar muros con tierra humedecida, amasada, compactada o apisonada dentro de encofrados reutilizables [3]. A la actualidad no se tiene un dato estadístico que diferencie la cantidad de viviendas de adobe y de tapial que hay en el Perú; esto porque en muchos casos ambas técnicas coexisten dentro de una misma comunidad (Figura 3. 1 c) [3, p. 13]. (a) (b) (c) Figura 3. 1.- Tipos de casas de tierra en el Perú, (a) casa de adobe [1], (b) casa de tapial [4], (c) muros de tapia y adobe [3]. La arquitectura de estas viviendas es muy variada; el factor predominante para estas variaciones son las necesidades de las personas. Estas necesidades cambian a través de la geografía, el tiempo, el uso y el espacio. Estas características las podemos agrupar en 4 grandes campos: ubicación geográfica, época de construcción, número de pisos, y ubicación espacial. 3.1.1. Tipologías de viviendas por ubicación geográfica En el Perú, la construcción de viviendas de adobe se concentra principalmente en la costa y la sierra. Tanto en la costa como en la sierra las viviendas pueden estar ubicadas en áreas urbanas o rurales. Áreas urbanas se refiere a los centros poblados urbanos y áreas rurales se refiere a los centros poblados que se extienden desde los linderos de los centros poblados urbanos hasta los límites del distrito4. A partir de esto, la clasificación de las viviendas de adobe en el Perú considerando la ubicación geográfica es la siguiente: (1) viviendas urbanas en la costa, (2) viviendas rurales en la costa, (3) viviendas urbanas en la sierra y (4) viviendas rurales en la sierra. Las viviendas urbanas de adobe de la costa se caracterizan por tener de uno a dos pisos. Como en la costa no hay mayor problema de lluvias ni inundaciones (excepto en los fenómenos extraordinarios 4 Según el INEI [2] al 2007, la distribución de viviendas en áreas urbanas y rurales era equitativa 50-50%. Página | 33 como El Niño) la vivienda de adobe típica tiene techos planos. Las viviendas tienen sobrecimientos muy bajos de 300 mm de altura o incluso se ve casos donde no lo tiene (Figura 3. 2). (a) (b) (c) Figura 3. 2.- viviendas urbanas en la costa: (a) barrio urbanizado en la costa:, (b), y (c) viviendas típicas de adobe [5, p. 2] Gran cantidad de las viviendas rurales de adobe de la costa son producto de invasiones que forman de nuevos asentamientos humanos o barriadas. Por ello, las construcciones se hacen con materiales baratos y accesibles. Las viviendas rurales de adobe en la costa se caracterizan por tener un piso, muros delgados y pobre calidad de la mampostería. Los techos en general son de calamina (Figura 3. 3). (a) (b) (c) Figura 3. 3.- viviendas rurales en la costa: (a) población rural en la costa [6], (b) El Porvenir, Trujillo [7], y (c) Alto Trujillo [8] La vivienda urbana en la sierra se caracteriza por tener de uno a tres pisos. Los muros son gruesos de 400 mm de ancho. En la sierra hay muchas lluvias, por ello, los techos son inclinados de una a cuatro aguas, inclinados; los materiales más utilizados para la cobertura son la teja, la calamina y la paja. Los sobrecimientos pueden llegar a tener un metro de altura o carecer de ellos (Figura 3. 4). (a) (b) (c) Figura 3. 4.- viviendas urbanas en la sierra: (a) población urbana en la sierra: San Miguel, Cajamarca [9], (b), y (c) viviendas típicas [1] En la sierra, las viviendas rurales se caracterizan porque están dispersas o agrupadas en pequeños pueblos con pocas viviendas. Muchos de estos pueblos se ubican en zonas alejadas de las zonas Página | 34 urbanas y son poco accesibles. Por ello, las personas construyen sus casas con tierra y materiales baratos y accesibles. Por ejemplo los techos son de calamina o paja (Figura 3. 5). (a) (b) (c) Figura 3. 5.- viviendas rurales en la sierra: (a) población rural en la sierra:, (b), y (c) viviendas típicas 3.1.2. Tipología de viviendas por época en que fueron construidas Con el paso de los años, las costumbres fueron variando, y con ello, la arquitectura. En el Perú, se pueden diferenciar cuatro etapas: la pre-inca, la inca, la colonial-republicana y la contemporánea. En la época pre-inca existen diferentes tipologías de viviendas. La tipología depende de la arquitectura que empleó cada cultura (Figura 3. 6). (a) (b) (c) Figura 3. 6.- (a) Chan Chan [10, p. Foto. Jim Williams], (b) Pachacamac [11], y (c) Huaca de la Luna [11] En la época inca se utilizaba el adobe como material de construcción de las viviendas de los pobladores. Se caracterizan por combinar técnicas constructivas como el uso de la mampostería de piedra en la base de las viviendas y adobe en la parte superior (Figura 3. 7). (a) (b) (c) Figura 3. 7.- Arquitectura de adobe inca, (a) Pisac [12, p. 18], (b) Rajchi [11], y (c) Ollantaytambo [13, p. 267] En la época colonial, las viviendas se caracterizaron por tener un patio central. En muchos casos se combinan mamposterías de adobe con muros de piedra y mampostería de piedra y barro. En la etapa Página | 35 republicana las viviendas se caracterizan por tener dos ambientes rectangulares: un ambiente para descanso y el otro para actividades domésticas (Figura 3. 8). (a) (b) (c) Figura 3. 8.- Arquitectura de adobe colonial, (a) Cusco, (b) Cajamarca [1] , y (c) Callao [14] Mientras que, en las épocas contemporáneas, las viviendas de adobe mantienen la tendencia de ser rectangulares en planta, pero los muros de adobe son más delgados (Figura 3. 9). (a) (b) (c) Figura 3. 9.- Arquitectura de adobe contemporánea en Cusco (a), (b), y (c) [15] 3.1.3. Tipología de viviendas por número de pisos Las viviendas de adobe se construyen de uno y dos pisos; aisladamente se encuentran casos de viviendas de adobe de tres pisos (Figura 3.10). Esta costumbre se transmite desde la época colonial donde se construían viviendas de hasta tres pisos. Sin embargo, a raíz de la destrucción causada por el terremoto de 1746, el Virrey dictó una Real Ordenanza para limitar a un piso las construcciones con adobe, pudiéndose construir pisos superiores en quincha [16] (a) (b) Página | 36 (b) (d) (e) (f) Figura 3.10.- Tipología de viviendas por número de pisos: vivienda (a) de un piso en Apurímac, (b) de un piso en Cusco [17, p. 37], (c) de dos pisos en Cusco, (d) de dos pisos en Ayacucho [18], (e) de tres pisos en Cajamarca [1], (f) de tres pisos en Cusco [16, p. 7] 3.1.4. Tipología de viviendas por colindancia con otras construcciones En el Perú, las viviendas están distribuidas en “cuadras”. Una cuadra viene a ser un espacio donde se construyen las viviendas de los pobladores, y, está delimitada por calles de acceso públicas. Por esta disposición, en una cuadra existen viviendas en las esquinas y viviendas intermedias. Estas viviendas, en general, se construyen sin juntas de separación, por lo que sísmicamente se comportan como un bloque. Las viviendas interiores colindan por ambos lados con otras edificaciones, limitando sus desplazamientos por ambos lados (Figura 3.11 a). Las viviendas de esquina colindan con otras viviendas pero solo por un lado (Figura 3.11 b). También hay viviendas aisladas que se construyen fuera de este tipo de ordenamiento, por ende, sus desplazamientos no estarán restringidos por otras viviendas (Figura 3.11 c). (a) (b) (c) Figura 3.11.- Tipología de viviendas por colindancia con otras construcciones, (a) intermedia, (b) esquina, y (c) aislada. Página | 37 3.3. ¿Cómo se construyen las viviendas tradicionales de adobe? En esta sección se explicará la tradición constructiva de las viviendas de adobe en el Perú. Primero, se describe el proceso de fabricación tradicional de los adobes. Luego, se identifica y describe cada parte típica de una vivienda de adobe. 3.3.1. Fabricación vernácula de los bloques de adobe Selección y preparación del material La tierra para la construcción de las viviendas de mampostería de adobe se consigue de canteras cercanas a la construcción. En áreas andinas rurales, las comunidades se proveen del material de una cantera común tal como lo describe Serrano (2016): “En el caso del distrito de Pullo, el barro es traído de una cantera localizada a la entrada del centro poblado y propiedad de la comunidad campesina.”5 [19, p. 35]. Se presume que lo traen en camiones por la cantidad de material observado (Figura 3. 12 a). En general, los pobladores vecinos saben qué canteras utilizar pero sin ningún criterio de selección de tierra. Es más, se ha visto que es común la mala práctica del uso de suelos de cultivo para la fabricación de adobes. Una vez que ya se consiguió la tierra se tiene la costumbre de zarandearla antes del mezclado, ya que desde la cantera viene con rumas o piedras grandes (Figura 3. 12 b). (a) (b) Figura 3. 12.- Preparación del material, (a) acarreo desde de la cantera y (b) zarandeo [3, p. 23] Mezclado e hidratación del suelo Los pobladores de áreas rurales andinas tienen la costumbre de mezclar la tierra con agua hasta formar barro. Este barro se deja “dormir” o “podrir” por un par de días. Luego, se añade más agua y se vuelve a mezclar. Esta mezcla está lista para colocar a los moldes. El uso de paja o ichu varía según la zona. Por ejemplo, en Cusco sí se añade paja indistintamente antes o después del dormido (Figura 3. 13 a y b), pero en algunas zonas de Cajamarca se ha visto que se fabrican adobes sin paja (Figura 3. 13 c). 5 Utiliza el término barro al material tierra (a) (b) (c) Figura 3. 13.- (a) mezclado con agua y dormido del suelo y (b) mezclado con paja [20, p. 100], (c) adobes sin paja [21, p. 75] Página | 38 Preparaciones previas para la fabricación Las gaveras o adoberas son los moldes que sirven para la fabricación de los bloques de adobe. Se hacen de madera cepillada de modo que su superficie interna sea lisa. La forma y dimensiones dependen del adobe que se quiera fabricar, en general, son cuadrados o rectangulares. Además, pueden tener fondo o prescindir de él, si tienen fondo, las caras de asiento de los adobes serán más regulares; en cambio, si no lo tienen, tendrán caras irregulares pero el moldeado será más trabajable (Figura 3. 14). En cuanto a los tendales, se preparan superficies planas para elaborar los adobes, sin embargo, es muy poco común el uso de tendales con cobertura. (a) (b) Figura 3. 14.- Moldes, gaveras o adoberas para fabricar los bloques de adobe, (a) con fondo [22] y (b) sin fondo [23, p. 18] Forma y dimensiones de los adobes En lo referente a la forma y dimensiones de los adobes, la nomenclatura utilizada se visualiza en la Figura 3. 15 a. En el sur, Tarque (2008) encontró que los adobes utilizados en Cusco son en promedio rectangulares de 440 mm de longitud, 200 mm de alto y 150 mm de espesor [15, p. 44]. En Ayacucho, según el informe de Cribilleros, et al. (2014), los adobes son en promedio rectangulares de 400 mm de longitud, 200 mm de alto y 100 mm de espesor (Figura 3. 15 b) [24]. En el norte, Álvarez (2015) encontró que los adobes utilizados en un centro poblado de Cajamarca son casi cuadrados con dimensiones de 400 mm de longitud, 120 mm de alto y 300 mm de espesor (Figura 3. 15 c) [21, p. 74]. (a) (b) (c) Figura 3. 15.- Forma y dimensiones de los adobes, (a) nomenclatura [25], (b) adobes en la sierra sur, (c) adobes en la sierra norte [1] Fabricación de adobes En áreas rurales andinas, se acostumbran trabajar los adobes en jornadas comunales donde participan hombres, mujeres y niños. En cuanto a la técnica, se tiene la costumbre de llenar el barro directamente sobre el tendal utilizando gaveras sin fondo. Luego, se amasa y compacta con las manos o con los pies. Finalmente, se enrasa con una regla y con la manos se llenan los vacíos (Figura 3. 16). Página | 39 Proceso de secado Los adobes se secan en el tendal. Como la costumbre de usar una cobertura es muy poca, los adobes están expuestos a las condiciones climáticas, sea el sol o lluvia. El tiempo de secado varía en función del clima de cada región. Si es que no llueve, por ejemplo en Lima, donde además existe un alto grado de humedad, los adobes se pueden secar a los 30 días. En Piura, que es una zona más calurosa, los adobes secan a los 15 días. Mientras que en zonas andinas, donde el clima es poco húmedo o seco, los adobes secan a los 21 días. Para acelerar el proceso de secado, después de 3 días, los adobes se colocan de canto (Figura 3. 17). A las dos semanas, los adobes se apilan en rumas de 7 a 12 hiladas (Figura 3. 18). (a) (b) (c) Figura 3. 17.- Secado de adobes a la intemperie (a) en Ayacucho [19, p. 35] y (b) en Cusco (https://www.goshen.edu/), y (c) en Cajamarca [1] (a) (b) (c) (d) (e) Figura 3. 16.- Elaboración tradicional de adobes en el Perú, (a) acarreo de material [26], (b) llenado del molde [27, p. 2], (c) amasado del adobe [1] (d) moldeado del bloque de adobe [28, p. 37], y (e) enrasado de la cara superior [29] Página | 40 (a) (b) (c) Figura 3. 18.- Apilamiento en rumas de 7 a más hiladas (a) [30], (b) (http://st2.depositphotos.com), y (c) [1] 3.3.2. Construcción de las viviendas vernáculas de adobe Las principales partes de una vivienda de adobe de dos pisos se muestran en la Figura 3. 19. Sin embargo, esta figura es sólo referencial porque las características de los elementos pueden variar. A continuación, se describirán los principales tipos constructivos de viviendas de adobe que se ven en el Perú. Figura 3. 19.- Estructura de una vivienda de adobe de dos pisos típica [31, p. 27] Ubicación de la vivienda Los pobladores adaptan la ubicación de sus viviendas al terreno que disponen. En la sierra, por la geografía propia de la zona, los pobladores construyen sus viviendas en laderas de cerros (Figura 3. 20 a). Las viviendas construidas en estas zonas pueden tener problemas por inestabilidad de taludes (Figura 3. 20 b y c). Página | 41 (a) (b) Figura 3. 20.- Construcción de viviendas de adobe en laderas, (a) pueblo de Ocobamba en Apurímac [32], (b) derrumbe de vivienda de adobe por falla de talud. [33] Adicionalmente, se ven casos de viviendas construidas en zonas peligrosas e inestables. Por ejemplo, viviendas al costado o debajo de construcciones en riesgo de colapso (Figura 3. 21 ). (a) (b) (c) Figura 3. 21.- Construcción a lado o debajo de viviendas en riesgo de colapso, (a) vivienda de un piso al costado de una vivienda de dos pisos agrietada [34], (b) y (c) viviendas afectadas por el colapso de otra ubicada en la parte superior [35] Otro problema observado de las construcciones actuales es que no se respeta el área de influencia de las quebradas, ríos y lagunas. En general, los pobladores tienen no tienen conciencia de los posibles desastres hasta que ocurren. Los huaycos, crecidas de rios y lagunas se presentan cada cierto periodo de años y cuando pasan ocasionan perdidas de vida y destrucción. La falta de previsión ante el riesgo de desastres es común en la sociedad peruana. Como se ve en la “Figura 3. 22 a” existen construcciones en media quebrada. En la “Figura 3. 22 b”, en Huancavelica, se observa el desplome de viviendas porque el rio socavó todo el material de la base. En la “Figura 3. 22 c” se observa el daño en las construcciones de adobe en Huacarpay. Una población construida alrededor del lago del mismo nombre, que a causa de un temporal de fuertes lluvias en Cusco en 2010, toda la población se inundó. (a) (b) (c) Figura 3. 22.- Construcción de viviendas de adobe en el área de influencia de quebradas, ríos y lagos, (a) casas afectadas en quebrada en Palpa, Ica [36], (b) casas derrumbadas en Huancavelica Página | 42 por falla de talud por crecida del rio [37], (c) derrumbe de viviendas por crecida de la laguna de Huacarpay en Cusco [38] Excavación de zanjas, cimientos y sobrecimientos Se tiene la costumbre de excavar poca profundidad, alrededor de 400 mm, para ahorrar material en los cimientos. Existen varios tipos de cimentación, los más comunes son de concreto ciclópeo, piedra asentada con mortero de cemento y arena, piedra asentada con mortero de barro, y sólo piedras con junta seca. En todos los casos se utilizan piedras grandes (Figura 3. 23). (a) (b) (c) Figura 3. 23.- (a) Excavación de zanjas, (b) encontrado de sobrecimientos, y (c) construcción de sobrecimiento de piedra y barro [39] De igual manera, hay varios tipos de sobrecimientos: concreto ciclópeo, mampostería de piedra con mortero de cemento o de barro o sólo mampostería de piedra de junta seca. La altura que alcanza el sobrecimiento es variable, puede desde no existir o hasta construirse de un metro de altura (Figura 3. 24) (a) (b) (c) Figura 3. 24.- Vivienda de adobe (a) con sobrecimiento de piedra y barro [21], (b) sin sobrecimiento, y (c) sobrecimientos sólo de piedra. Construcción de muros de mampostería de adobe Los muros de adobe tradicionalmente siempre se construyeron anchos de 400 a 500 mm de espesor. (Figura 3. 25 a). Según Tarque (2008), el valor de la esbeltez adecuada que proporciona estabilidad estática al muro de adobe esta alrededor de 6 [15]. En Cusco, según el mismo autor, la esbeltez para viviendas de adobe de un piso que tienen una altura promedio de 2,45 m es del orden de 5,5; pero este valor se duplica para viviendas de adobe de dos pisos que tienen una altura promedio de 4,90 m. Recientemente, a consecuencia del uso de muros en soga de la albañilería de ladrillo cocido, empieza a existir la peligrosa práctica de construir muros muy esbeltos de adobe, aparejo de soga (Figura 3. 25 b). Otro defecto detectado es la mala disposición de las aberturas, puertas y ventanas. Se ven algunos casos donde se abusan de las aberturas, haciendo que el muro pierda casi toda su rigidez lateral (Figura 3. 25 c). Página | 43 (a) (b) (c) Figura 3. 25.- (a) construcción de los muros de adobe [28, p. 37], (b) muros muy delgados de adobe (c) [17, p. 38]. En lo referente a la disposición de adobes en el muro, se observan diferentes tipos de aparejo. El tipo de aparejo depende de la forma del adobe. Los adobes rectangulares pueden estar dispuestos de diferentes maneras en el muro, los más usados se ven en las Figura 3. 26 a y b. Mientras que el corte trasversal de muros que utilizan estos aparejos, los adobes se disponen como se ve en la Figura 3. 26 c. Otro tipo de aparejo visto es el de cabeza (Figura 3. 26 d). Si los adobes son cuadrados, el aparejo que es utilizado siempre es como se muestra en la Figura 3. 26 e. Los cortes transversales de estos dos últimos aparejos se ven en la Figura 3. 26 e. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 3. 26.- Aparejos utilizados en los muros de adobe en el Perú La calidad de la mampostería en general es muy pobre. Primero porque los adobes casi siempre tienen superficies irregulares (Figura 3. 27 a). Esto provoca que se coloque más mortero para asentar los adobes. Se recomienda que el ancho de junta sea de 20 mm. Sin embargo, se ven casos de juntas de hasta 40 mm (Figura 3. 27 b y c). En contraste, también se observan casos donde las juntas de mortero son mínimas (Figura 3. 26 e). Por otro lado, como se verá más adelante, en muchos casos no se desarrolla una adherencia fuerte entre los bloques de adobe y el mortero. Página | 44 Uso de arriostres Los arriostres son elementos estructurales que aportan rigidez y confinamiento a la estructura. En las construcciones con adobe los arriostres más utilizados son la viga collar y los contrafuertes. La viga collar es la que se coloca encima de los muros de adobe de modo que bordea todo el contorno de la vivienda; de esta forma proporciona confinamiento en el plano horizontal a los muros en su parte superior, además de que transmite uniformemente las cargas del techo a los muros. Aunque en algunas construcciones se utiliza la viga collar, aún su uso no está generalizado. De este modo, se encuentran viviendas de adobe sin viga collar donde las viguetas del techo se apoyan directamente sobre los muros (Figura 3. 28 a). Figura 3. 28.- (a) vivienda típica de adobe sin viga collar ni arriostres [40] (b) vivienda de adobe con mochetas [17, p. 39] El uso de contrafuertes se ve en algunas viviendas de Cusco, sobre todo en aquellas que se construyen con dos pisos (Figura 3. 28 b). En general, su uso se ve en construcciones que son producto de proyectos de reconstrucción donde existió asesoramiento técnico. Construcción del Techo Existen diferentes tipos de techo dependiendo de la región geográfica en la que se encuentren las viviendas, del tipo de condiciones atmosféricas a las que están expuestas y de los materiales que los pobladores dispongan para su construcción. Es así que en la costa las viviendas urbanas tienen techos planos, cuya estructura consta de vigas de eucalipto o cañas Guayaquil, que soportan una cubierta hecha con cañas de carrizo o cañas bravas, y encima, una torta de barro mezclada con paja. Cuando las luces son considerables se suelen añadir correas del mismo material para reducir las deflexiones. En las zonas rurales de la costa se utilizan calaminas como cobertura de techo colocados encima de una simple estructura de madera. En zonas andinas urbanas, como hay lluvias, los techos son inclinados, de una a cuatro aguas. Esta inclinación se logra mediante la colocación de tijerales de madera que, de similar manera, soportan la “losa” de techo hecha con carrizo y torta de barro con paja. Sin embargo, a este tipo de techo se le adiciona una cubierta para drenar el agua de las lluvias, (a) (b) (c) Figura 3. 27.- Calidad de las juntas y grosor del mortero Página | 45 ésta puede ser de tejas, calaminas, entre otros materiales industriales. En las zonas andinas rurales, como las viviendas están expuestas al intenso frio, los techos se cubren con paja o tejas con el fin de absorber y retener el calor de la vivienda (Figura 3. 29). (a) (b) (c) (d) (e) Figura 3. 29.- Techo de tijeral de madera con cubierta de (a) calamina, (b) torta de barro con cubierta de teja, (c) paja [41, p. 10]. (d) esteras y teja [1], (e) Calamina y teja [42]; (f) dentro de una misma comunidad rural andina se observan techos de teja, calamina y paja [43] En cuanto a la protección interior del techo, algunas viviendas tienen un tejido de esteras en el techo, otros dejan el tijeral de madera y calamina al descubierto o se hace un falso techo de triplay o un falso cielo raso hecho con yeso. Estas protecciones se hacen en función de tener un mejor confort térmico y también por higiene (Figura 3. 30). (a) (b) (c) (d) Página | 46 (e) Figura 3. 30.- acabado interior de los techos (a) esteras, (b) calamina, (c) triplay. (d) cielo raso de yeso, (e) carrizo y teja. Acabados Existen diferentes tipos de pisos: cemento, suelo-cemento, madera, cerámicos y tierra compactada. Sin embargo, por las condiciones económicas el tipo de suelo más común es con tierra compactada. Este suelo no es conveniente porque retiene humedad y es poco higiénico (Figura 3. 31). (a) (b) (c) Figura 3. 31.- Tipos de pisos: (a) piso de tierra compactada [23, p. 36], (b) piso hecho con mezcla de cemento, (c) piso de madera [44] El tipo de acabado que se realiza sobre la fachada exterior es llamado enlucido y tiene dos funciones: (1) proteger a los muros de adobe frente el efecto erosivo de las lluvias y vientos, y (2) dar belleza a la vivienda. Los tipos de enlucidos más comunes son de barro, yeso y de cemento (Figura 3. 32). En algunos casos se suele pintar las fachadas de las viviendas. En general se prioriza enlucir y pintar el primer piso para contrarrestar el efecto de la erosión del agua de lluvias. (a) (b) (c) Figura 3. 32.- Tipos de acabado exterior (a) enlucido con barro [1], (b) enlucido de cemento en el primer piso y sin acabado exterior en el segundo [15, p. 37], (c) fachada frontal: enlucido con yeso y pintado, fachada lateral: pintado directamente sobre los adobe en el primer piso y sin acabado exterior en el segundo [15, p. 37] A continuación, en la Figura 3. 33, se presenta un resumen de las deficiencias en la construcción de viviendas de adobe en el Perú. Página | 47 Figura 3. 33.- deficiencias constructivas de las viviendas de adobe en el Perú [45, p. 41] Mala calidad del adobe Ausencia de refuerzos horizontales Aberturas muy cerca de las esquinas Muros muy altos y muy largos Ausencia de cimiento y sobrecimiento Deficiente empotramiento de los dinteles Aberturas muy grandes Adobes irregulares Juntas verticales continúas Amarre deficiente en las esquinas Juntas verticales sin mortero Construcciones de más de un piso Página | 48 3.4. Conclusiones En este capítulo, se caracterizaron arquitectónica y constructivamente las viviendas de adobe en el Perú. Para ello, primero se identificaron los tipos de viviendas de adobe existentes. Finalmente, se describió cada etapa del proceso constructivo tradicional de las viviendas vernáculas de adobe. Las conclusiones más importantes de este capítulo son las siguientes:  En el Perú, existe una antigua y difundida tradición de construir las viviendas con mampostería de adobe.  Los factores más importantes que los pobladores toman en cuenta para construir sus viviendas con adobe son la accesibilidad del material, la facilidad de la técnica constructiva, la tradición y el bajo costo de la construcción.  La arquitectura de las viviendas de adobe se hace en función de las necesidades de las personas y de su economía.  Las personas que construyen sus viviendas con adobe lo hacen predominantemente sin asesoramiento técnico.  Existe inconciencia de las personas al construir sus viviendas de adobe en zonas altamente riesgosas. Página | 49 Bibliografía [1] D. Sánchez, «7 de octubre: Día mundial de la arquitectura casas de adobe y albañiles,» 06 octubre 2014. [En línea]. Available: http://sanmiguelcajamarca.blogspot.pe/2014/10/7-de- octubre-dia-mundial-de-la.html. 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Comportamiento de las viviendas vernáculas de adobe ante terremotos Esta sección se da a conocer la situación de las viviendas de adobe después de terremotos más importantes en el Perú desde 1950. 4.1.1. El terremoto del 21 de mayo de 1950 en Cusco El terremoto del 21 de mayo de 1950 (Magnitud=6,0) tuvo como epicentro la ciudad del Cusco (Figura 4. 1). Ocurrió a las 13 horas con 39 minutos (hora peruana) y tuvo una duración entre 6 a 12 segundos. (a) (b) Figura 4. 1.- (a) Epicentro del sismo del 21 de mayo de 1950 [2], y (b) mapa de intensidades (anexo) [3, p. 79] En este terremoto se registraron 100 personas muertas y 200 heridas. Además, 3000 viviendas se destruyeron o dañaron; casi todas las viviendas eran de adobe6. Sólo quedaron habitables alrededor de 1200 viviendas (Figura 4. 2) [4]. 6 No se dispone del dato exacto Página | 54 (a) (b) (c) Figura 4. 2.- Construcciones de adobe destruidas por el terremoto del 21 de mayo d 1950: (a) viviendas coloniales, (b) Calle Arrayan y de fondo el Qoricancha, y (c) Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco y de fondo el Templo de La Compañía de Jesús [5]. 4.1.2. El terremoto del 31 de mayo de 1970 en Ancash El terremoto del 31 de mayo de 1970 (Magnitud=7,9) tuvo como epicentro el mar del Perú, al frente del departamento de Ancash; a 20 km al suroeste de Chimbote, a 125 km al noroeste de Huaraz (Figura 4. 3). La profundidad del foco fue de 45 km. Ocurrió a las 15 horas con 23 minutos (hora peruana). En Chimbote se registró una aceleración pico de 0,89 g, en Casma de 0,85 g, mientras que en Huaraz y Yungay de 0,40 g [2]. (a) (b) Figura 4. 3.- (a) Epicentro del sismo del 31 de mayo de 1970 [2], y (b) mapa de intensidades (anexo) [3, p. 96] En este terremoto se registraron 70000 personas muertas y 143000 heridas. Además, 18600 viviendas se destruyeron o dañaron [2]; gran parte de estas viviendas fueron de adobe7 (Figura 4. 4). (a) (b) Figura 4. 4.- Destrucción tras el terremoto del 31 de mayo de 1970: (a) Huaraz [6], y (b) Chimbote [7] 7 No se dispone del dato exacto Página | 55 4.1.3. El terremoto del 03 de octubre de 1974 en Lima El terremoto del 03 de octubre de 1974 (Magnitud=7,6) tuvo como epicentro el mar del Perú al frente del departamento de Lima; a 80 km al suroeste de la ciudad de Lima (Figura 4. 5). Ocurrió a las 9 horas con 21 minutos (hora peruana) y tuvo una duración de más de 90 segundos. En Ica se registró una aceleración pico de 0,07 g [2]. (a) (b) Figura 4. 5.- (a) Epicentro del sismo del 03 de octubre de 1974 [2], y (b) mapa de intensidades (anexo) [3, p. 103] En este terremoto se registraron 78 personas muertas y más de 2400 heridas. Además, causó gran daño en las construcciones de la ciudad de Lima (Figura 4. 6) [2]. (a) (b) (c) Figura 4. 6.- destrucción tras el terremoto del 03 de octubre de 1974: (a) casa de adobe y quincha parcialmente colapsada [8], (b) casa de adobe colapsada [8], y (c) barrio en medio del destrozo [9] 4.1.4. El terremoto del 12 de noviembre de 1996 en Ica El terremoto del 12 de noviembre de 1996 (Magnitud=7,7) tuvo como epicentro el mar del Perú, al frente del departamento de Ica; a 102 km al sur de Ica, a 81 km al suroeste de Nazca (Figura 4. 7). La profundidad del foco fue de 21 km. Ocurrió a las 11 horas con 59 minutos (hora peruana) y tuvo una duración de 118 segundos. En Ica se registró una aceleración pico de 0,07 g [2]. Página | 56 Leyenda Color Intensidad naranja VIII amarillo VII verde VI (a) (b) Figura 4. 7.- (a) Epicentro del sismo del 12 de noviembre de 1996, y (b) mapa de intensidades [2] En este terremoto se registraron 14 personas muertas y 560 heridas. Además, 16000 viviendas se destruyeron o dañaron [2]; gran parte de estas viviendas fueron de adobe8 (Figura 4. 8). (a) (b) Figura 4. 8.- destrucción tras el terremoto del 12 de noviembre de 1996 en Nazca (a) colapso de vivienda [1], y (b) agrietamiento de muros [10] 4.1.5. El terremoto del 23 de junio de 2001 en Arequipa El terremoto del 23 de junio de 2001 (Magnitud=8,4) tuvo como epicentro el mar peruano al frente del departamento de Arequipa; a 107 km al noroeste de Camaná, a 225 km al noroeste de Arequipa (Figura 4. 9). La profundidad del foco fue de 33 km. Ocurrió a las 15 horas con 33 minutos (hora peruana) y tuvo una duración de 67 segundos. En Camaná se registró una aceleración pico de 0,58 g, mientras que en las ciudades de Arequipa y Moquegua de 0,25 g [2]. Leyenda Color Intensidad rojo IX naranja VIII amarillo VII verde VI (a) (b) Figura 4. 9.- (a) Epicentro del sismo del 23 de junio de 2001, y (b) mapa de intensidades [2] 8 No se dispone del dato exacto Página | 57 En este terremoto se registraron 83 personas muertas y 2689 heridas. Además, 17584 viviendas se destruyeron y 35601 se dañaron [2]; gran parte de estas viviendas fueron de adobe9 (Figura 4. 10) (a) (b) (c) Figura 4. 10.- Destrucción tras el terremoto del 23 de junio de 2001, (a) grieta diagonal por corte [11, p. 69. Foto: A. San Bartolomé],(b) agrietadas [12], (c) colapso de la esquina por grieta diagonal en dos direcciones [13, pp. 28, Foto: D. Quiun]. 4.1.6. El terremoto del 15 de agosto de 2007 en Ica El terremoto del 15 de agosto de 2007 (Magnitud=8,0) tuvo como epicentro el mar del Perú al frente del departamento de Ica, a 51 km al oeste de Chincha Alta y 121 km al noroeste de Ica (Figura 4. 11). La profundidad del foco fue de 39 km. Ocurrió a las 18 horas con 40 minutos (hora peruana) y tuvo una duración de 62 segundos. Además. En Pisco alcanzó una aceleración pico de 0,75 g; mientras que en los lugares Paracas, Chincha, Ica de 0.40 g [2]. Leyenda Color Intensidad naranja VIII amarillo VII verde VI (a) (b) Figura 4. 11.- (a) Epicentro del sismo del 15 de agosto de 2007, y (b) mapa de intensidades [2] En este terremoto se registraron 514 personas muertas y 1090 heridas. Además, 39700 viviendas se destruyeron o dañaron [2]; gran parte de estas viviendas fueron de adobe10 (Figura 4. 12). Las casas de adobe tuvieron fuertes daños. Muchos de los daños observados fueron por colapso de los muros por movimientos fuera del plano (vuelco). Además, en casos muy raros se encontraron construcciones de adobe con algún tipo de refuerzo estructural [14]. 9 No se dispone del dato exacto 10 No se dispone del dato exacto Página | 58 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) Figura 4. 12.- Destrucción tras el terremoto del 15 de agosto de 2007 [15, p. 50], (a) y (b) separación de muros perpendiculares en las esquinas [15, p. 50], (c) y (d) volteo de los muros, (e) colapso de las esquinas [15, p. 50], (f) y (g) fallas en el plano [15, p. 61], (h) vivienda dañada de adobe y quincha en Pisco [16, p. 19], e (i) los restos destruidos denotan una pobre calidad de la mampostería [17, p. 4] 4.2. Comportamiento de las viviendas vernáculas de adobe ante inundaciones En esta sección se da a conocer la situación de las viviendas de adobe después de lluvias e inundaciones ocurridas en el Perú. Se observa principalmente lo ocurrido en los fenómenos de El Niño desde 1982. El fenómeno de “El niño” se origina cuando se debilitan los vientos alisios que soplan de este a oeste, esto origina que aguas más cálidas del otro lado del Océano Pacifico (Australia-Asia) fluyan hacia la costa de Sudamérica a la altura de la zona intertropical. Estas aguas cálidas se sobreponen a las aguas frías, que caracterizan a la corriente de Humboldt, provocando el calentamiento del mar. En el Perú, este calentamiento provoca mayor evaporación del agua marina y consecuentemente más lluvias de carácter torrencial. Estas lluvias provocan avenidas, deslizamientos, huaicos e inundaciones. El fenómeno de “El Niño” es un fenómeno global y erráticamente cíclico. Página | 59 4.2.1. El fenómeno del niño de 1982 - 1983 El fenómeno del niño de 1982-1983 (diciembre del 82 a junio del 83) se caracterizó por tener lluvias muy intensas en el norte del Perú. Los departamentos más afectados fueron Tumbes, Piura y Lambayeque (Figura 4. 13). En este fenómeno se registraron 512 personas fallecidas, 1304 heridas, 1267720 damnificadas. En lo referente a la infraestructura, 98000 viviendas se destruyeron y 111000 se dañaron, lo que ocasionó que más de 587000 personas queden sin hogar [18, p. 189]. Gran parte de estas viviendas eran rusticas o precarias [19, p. 28]. Además, 1200 km2 fueron inundados y esto afectó a terrenos agrícolas [20, p. 29] [19] (a) (b) (c) Figura 4. 13.- (a) y (b) inundación y daños en el fenómeno de El Niño de 1982-1983 [21], (c) [16, p. 20] 4.2.2. El fenómeno del niño en 1997 - 1998 El fenómeno del niño de 1997-1998 (diciembre del 97 a junio del 98) fue muy intenso y afectó al norte y centro del Perú. Los departamentos más afectados fueron Piura, Lambayeque, La Libertad e Ica (Figura 4. 14). En este fenómeno se registraron 366 personas fallecidas, 1040 heridas, 502461 damnificadas. En lo referente a la infraestructura, 47409 viviendas se destruyeron y 93691 se dañaron, lo que ocasionó que más de 350000 personas queden sin hogar. Además, 1300 km2 fueron inundados y afectó a terrenos agrícolas [20, p. 29] [19]. (a) (c) Figura 4. 14.- Destrucción de viviendas en Lambayeque en el fenómeno de El Niño de 1998 producto de (a) inundación [22, p. 58] y (b) lluvias [22, p. 71] Página | 60 4.2.3. Temporada de lluvias en el 2010 en Cusco La temporada de lluvias en el 2010 (enero a marzo) fue muy intenso y afectó al departamento del Cusco. Se afectaron principalmente las provincias de Anta, Calca, Canchis, Quispicanchi, La Convención, Paruro, Paucartambo y Urubamba. En este fenómeno se registraron 26 personas fallecidas, 382 heridas, 24774 damnificadas. En lo referente a la infraestructura, 4965 viviendas se destruyeron y 7339 se dañaron, lo que ocasionó que más de 25000 personas queden sin hogar. Además, 160 km2 fueron inundados y afectó a terrenos agrícolas. El pueblo de Huacarpay se inundó destruyendo más de 70 casas de adobe, lo que ocasiono que más de 400 personas queden sin vivienda y tuvieron que ser reubicadas (Figura 4. 15) [23]. (a) (b) (c) (d) Figura 4. 15.- Destrucción por lluvias e inundaciones en el Cusco, (a) y (b) inundación y daños en Huacarpay [24] [25], (c) y (d) casa destruida en Calca [26, p. 25] 4.2.4. El fenómeno del niño costero en 2017 El fenómeno del niño costero de 2017 (enero a marzo) fue muy intenso y afectó al norte y centro del Perú. Los departamentos más afectados fueron Piura, Lambayeque, La Libertad y Lima (Figura 4. 16). En este fenómeno se registraron 75 personas fallecidas, 263 heridas, 99475 damnificadas. En lo referente a la infraestructura, 22661 viviendas se destruyeron y 134125 se dañaron, lo que ocasionó que más de 80000 personas queden sin hogar [27]. Página | 61 (a) (b) Figura 4. 16.- Destrucción por lluvias e inundaciones en el Piura, (a) [28], y (b) [29] 4.3. Comportamiento de las viviendas vernáculas de adobe ante heladas Las heladas son un fenómeno meteorológico anual que se presentan en las zonas altas del Perú. Se caracteriza por manifestaciones extremas de la estación de invierno. En esta época la temperatura del ambiente se mantiene por debajo de 0ºC en las noches, llegando a picos extremos de -20º (en Puno); en el día la temperatura sube a 12 o 15ºC. Esta época puede durar entre 150 y 180 días; entre los meses de abril y septiembre. Además, por las bajas temperaturas, las precipitaciones se dan en forma de granizadas y nevadas. En el Perú, sólo en el 2013, a causa de este fenómeno se registraron 4421 personas damnificadas y 61789 con enfermedades leves. En lo referente a la infraestructura, 1336 viviendas se destruyeron o inhabilitaron y 4156 se dañaron (Figura 4. 17). Los animales llevaron la peor parte con 48526 cabezas de ganados muertos [30]. (a) (b) (c) (d) Figura 4. 17.- Nieve y heladas en las zonas altas del Perú, (a) pueblo de Espinar después de una nevada [31], (b) vivienda rural en Puno [32], (c) colapso de vivienda de adobe [33, p. 28. Foto: El Comercio], (d) Vivienda rural no preparada [34] Página | 62 4.5. Tipología de fallas de las viviendas de adobe Las fallas estructurales aparecen cuando una construcción incurre en el rango inelástico. Esto quiere decir que en la curva esfuerzo-deformación sobrepasa el límite elástico y se incurre en la zona plástica donde el material soporta los esfuerzos pero con deformaciones permanentes, disipando la energía a través de estas. La mampostería de adobe es un material frágil porque no soporta grandes deformaciones, no es dúctil, esto se debe a que la resistencia a tracción de la mampostería de adobe es muy baja. Los muros durante un movimiento sísmico estarán sometidos a esfuerzos de tracción indirecta (tracción por flexión y corte). La resistencia a tracción indirecta medida por el ensayo de compresión diametral de muretes de adobe es aproximadamente el 5% de la resistencia a compresión en pilas. Además, por el carácter frágil de la mampostería de adobe, una vez que el muro se agrieta, este pierde por completo la capacidad de resistir tracciones. Aun así, el muro puede que siga soportando cargas verticales y cortantes, siempre y cuando, no pierda su verticalidad ni estabilidad [35, p. 41]. 4.5.1. Mecanismo de falla de las construcciones de adobe ante los sismos Ante un sismo, la vivienda de adobe empieza a deformarse producto del movimiento en la base. Según la dirección del sismo, los muros experimentan tres tipos de solicitaciones: (1) en el plano, (2) fuera del plano y (3) la combinación de ambos. Durante el sismo lo primero que pasa es el agrietamiento, de arriba hacia abajo, y consecuente separación entre muros transversales en las esquinas. Esto sucede por la diferencia de rigideces entre ambos muros en un mismo sentido; es decir, la rigidez en el plano de un muro de adobe es mucho mayor a su rigidez fuera del plano. Por ende, la deformación de la parte superior de un muro que recibe la solicitación sísmica perpendicular a su plano (deformación por flexión) es mucho mayor a la deformación producida por la solicitación paralela a su plano (deformación por corte). Esto también se explica por la aparición de altos momentos flectores y fuerzas cortantes en las esquinas de los muros que reciben la solicitación perpendicular a su plano (Figura 4. 18) [36, p. 77]. (a) (b) (c) Figura 4. 18.- (a) esfuerzos de momento flector y corte que aparecen en los muros perpendiculares a la dirección del sismo [36, p. 76], (b) deformación ante una solicitación en el plano del muro, y (c) deformación ante una solicitación fuera del plano del muro Luego de este agrietamiento en las esquinas, los muros se comportan como aislados. En los muros que reciben la solicitación paralela a su plano aparecen esfuerzos de corte y flexión en el plano; en los muros que reciben la solicitación perpendicular a su plano aparecen esfuerzos de flexión fuera del plano (volteo). A continuación se presenta la Figura 4. 19 que muestra las fallas típicas que se presentan en una vivienda de adobe después de un sismo. Δfp > Δp Δfp Δp Página | 63 Figura 4. 19.- Fallas típicas en construcciones con adobe [37, p. 7]. De acuerdo al mecanismo de falla, se estudiarán las fallas en el siguiente orden: fallas en las esquinas, fuera del plano, en el plano, mixtas, locales, y finalmente las fallas producidas por inundaciones y fuertes vientos. 4.5.2. Fallas verticales en las esquinas La principal causa del agrietamiento en las esquinas es la diferencia de rigideces dentro y fuera del plano de los muros. La diferencia de deformaciones excesivas en las zonas de intersección hace que el muro perpendicular al sismo se corte en las esquinas y se separe por excesivas tracciones. Este problema se soluciona con confinamiento entre muros, por ejemplo con una viga collar. Se presentan muros perpendiculares en dos situaciones: (1) ambos muros se cruzan en una esquina, o en “L” (Figura 4. 20 a), y (2) uno de ellos nace de la mitad del otro muro, se cruzan en “T”. En ambos casos la falla depende de la dirección del movimiento del sismo. Esto hará que uno de los muros resista fuerzas de volteo fuera de su plano, mientras que el otro resista fuerzas cortantes en su plano (Figura 4. 20 b y c). (a) (b) (c) (d) Figura 4. 20.- (a) grietas verticales en las esquinas, (b) y (c) separación entre muros en el plano del muro más largo y fuera del plano [35, pp. 61,63], (d) [38, p. 4] La gravedad de este tipo de falla radica en el grado de separación de los muros. Si las grietas son muy gruesas, los muros se comportarán como muros libres sin restricciones en su contorno. Página | 64 4.5.3. Fallas producidas por movimientos fuera del plano Los muros que reciben la fuerza sísmica perpendicular a su plano están propensos al colapso por volteo (Figura 4. 21 a). Si los muros tienen tímpanos, la probabilidad del muro a sufrir grietas y posterior volteo es aún mayor porque soportarán mayores fuerzas de volteo. Esto a causa de su mayor peso y su mayor altura libre. Además, porque lo tímpanos generalmente no están bien conectados a la estructura (Figura 4. 21 b). (a) (b) (c) (d) Figura 4. 21.- (a) esquema del colapso total de muro [35, p. 58], (b) foto de colapso total [39], (c) esquema de colapso parcial de tímpano [35, p. 58], y (d) foto de colapso parcial de tímpano. Los muros muy largos y sin elementos de arriostre, como los contrafuertes o la viga collar, tienden a fallar por flexión fuera del plano. Durante los ciclos de carga del sismo, la línea de falla empieza en las esquinas superiores del muro y se propaga en dirección diagonal hacia abajo, luego la falla se propaga horizontalmente hasta que el muro pierde estabilidad y se voltea (Figura 4. 22 a). Este es el caso de los muros perimétricos o muros de una vivienda muy largos. (a) (b) (c) (d) Figura 4. 22.- (a) esquema de falla por flexión de un muro conectado a muros perpendiculares [35, p. 59], (b) volteo de un muro libre por cargas perpendiculares a su plano, falla por flexión [40, p. 38], (a) esquema de falla a mediana altura por flexión del muro, y (b) falla a mediana altura de vivienda de adobe Cuando el muro es muy largo, poco esbelto y está conectado en la parte superior a una viga collar o al techo, la falla se presenta a la mitad del muro por acción de las cargas perpendiculares que ocasionan tracción por flexión (Figura 4. 22 b). 4.5.4. Fallas en el plano del muro producidas por movimientos sísmicos Los muros que reciben la fuerza sísmica paralela a su plano resisten esfuerzos de corte y flexión. La falla que caracteriza a los esfuerzos de corte es una grieta diagonal que forma un ángulo de 45 grados desde la horizontal. Pero, como las acciones sísmicas se dan en ciclos de carga, positiva y negativa, esta grieta se genera en ambas direcciones y forma un aspa (Figura 4. 23). Página | 65 La falla en forma de aspa producida por fuerzas de corte en el plano no afecta directamente la estabilidad global del muro. Sin embargo, si el muro agrietado en forma de aspa es sometido a fuerzas fuera del plano, si puede producir inestabilidades locales separando porciones de muro que pueden conllevar a la pérdida de estabilidad global. (a) (b) (c) Figura 4. 23.- (a) Mecanismo de formación de grietas por corte en forma de aspa [35, p. 60], (b) grieta en forma de aspa [35, p. 60], y (c) grietas en aspa en un muro con aberturas [15, p. 61] Las grietas en las aberturas son fallas muy frecuentes que se producen por una alta concentración de esfuerzos originados por el cambio de sección en puertas y ventanas (Figura 4. 24). Se producen por solicitaciones en el plano y fuera del plano del muro. En el primer caso por acciones de las cargas de gravedad y de fuerzas cortantes; y en el segundo por causa de fuerzas sísmicas perpendiculares al plano que producen volteo. Otra causa es por la incompatibilidad existente entre materiales, el dintel de madera y la mampostería de adobe tienen diferentes módulos de elasticidad, por lo tanto, no hay compatibilidad de deformaciones. (a) (b) (c) (d) Figura 4. 24.- (a) esquema de grietas en las esquinas de las aberturas de ventana [35, p. 62], (b) grietas diagonales que convergen en una ventana [40, p. 37], (c) Grietas en las esquinas superiores de una puerta [35, p. 62], (d) grieta diagonal en la esquina de una puerta [13, p. 26]. Además, la combinacion de las grietas verticales (en las esquinas de los muros) con las grietas diagonales (generadas por esfuerzos de corte) puede resultar en el desprendimiento de porciones de muro (Figura 4. 25). Página | 66 (a) (b) (b) (d) Figura 4. 25.- (a) ilustración de fallas verticales y de corte que producen desprendimiento parcial de un bloque de muro tipo 1 [35, p. 62], (b) colapso de porción de muro en la esquina [41], (c) ilustración tipo 2 [35, p. 62], y (d) porciones de muro separados por el fuerte agrietamiento diagonal [42, p. 2] 4.5.5. Fallas mixtas También son usuales las fallas ocasionadas por la mala disposición de aberturas, o sea, una mala estructuración. Por ejemplo, cuando las ventanas están muy cerca de los muros se crean zonas débiles, “porciones de muro aislados”, y éstas, combinadas con algún tipo de grietas conllevan a inestabilidades locales (Figura 4. 26 a y b). Estas inestabilidades locales se hacen mas peligrosas en las esquinas de las casas, ya que pueden producir el colapso de toda la esquina (Figura 4. 26 c) (a) (b) (c) Figura 4. 26.- (a) Esquema de fallas por volteo de porciones de muro [35], agrietamiento a través de aberturas [43], y (c) volteo de una porción de muro en la esquina de una vivienda [44] En la parte superior de los muros de adobe se pueden presentar dos tipos de fallas: (1) falla por deslizamiento del techo, se caracteriza por cortar la parte superior de los muros (Figura 4. 27 a). Este tipo de falla se da cuanto el techo y/o la viga collar están bien unidos al muro. (2) Falla por aplastamiento de los muros por parte de las vigas del techo, esto pasa cuando la vivienda no tiene viga collar y el techo se apoya directamente sobre el muro (Figura 4. 27 b). (a) (b) Figura 4. 27.-(a) falla en la parte superior de los muros por deslizamiento del techo, y (b) falla por aplastamiento de las vigas a la mampostería de adobe Página | 67 Los contrafuertes de las viviendas de adobe pueden colapsar por movimientos sísmicos fuera del plano de los muros (Figura 4. 28) Figura 4. 28.- Destrucción de los contrafuertes de una vivienda de adobe [45] 4.5.6. Fallas producidas por lluvias e inundaciones Si el muro está humedecido constantemente en su base se puede generar planos de falla que debiliten el muro (Figura 4. 29). Las viviendas que no tienen sobrecimientos son críticas ante inundaciones porque los adobes de la base, ante una inundación prolongada, se convertirán en barro. Esto causará que o bien toda la estructura se asiente uniformemente o que se generen asentamiento diferenciales que conllevarán al colapso o inhabilitación de la vivienda. (a) (b) (c) Figura 4. 29.- (a) plano de falla ocasionado por humedecimiento en la base del muro, (b) deterioro del sobrecimiento y la base a causa de inundaciones, y (c) asentamientos diferenciales producidos por el remojo del adobe [46]. 4.5.7. Fallas en los techos producidas por fuertes vientos Los techos livianos (calamina) cuando no están bien anclados a los muros, es decir que se apoyan directamente sobre ellos y carecen de una viga collar, pueden desprenderse de la estructura. Esto se explica por las cargas de barlovento y sotavento (Figura 4. 30). (a) (b) (c) Figura 4. 30.- Fallas en techos por falta de anclaje, (a) [47], (b) [48], (c) (RPP) Página | 68 4.7. Problemática 4.7.1. Problema principal de texto: riesgo sísmico Las personas que viven o trabajan en construcciones hechas con adobe en el Perú están expuestas a sufrir daños, materiales o, incluso, perder sus vidas. Debido a que las construcciones de adobe tienen un alto riesgo sísmico de colapso. El riesgo sísmico se define como la relación entre del peligro sísmico, la vulnerabilidad sísmica y la exposición. El peligro sísmico está asociado a la probabilidad de ocurrencia del sismo en una región determinada. La vulnerabilidad sísmica depende de las características geométricas de la construcción así como de los materiales empleados. La exposición se define como la cantidad de daños materiales o pérdida de vidas humanas probables ante la ocurrencia de un sismo. El Perú se encuentra en una de las regiones de más alta actividad sísmica que existe en el planeta, el Cinturón de Fuego del Pacifico [49, p. 1]. En la Figura 4. 31 b se muestra la distribución de sismos con magnitud mayor a 4 Mw entre 1960 y el 2011. (a) (b) Figura 4. 31.- (a) Distribución de viviendas de adobe en el Perú, y (b) mapa sísmico del Perú 1960- 2011 [50] La alta vulnerabilidad sísmica de las construcciones hechas con tierra se debe a una combinación indeseable de las propiedades mecánicas de la mampostería: 1) las construcciones de adobe son pesadas11, y por eso atraen altas fuerzas de inercia, 2) la mampostería de adobe es débil y no resiste esas fuerzas, y además 3) es frágil y falla sin aviso (Figura 4. 32) [51]. 11 La densidad del adobe esta alrededor de los 1800 kg/m3 [58] [59] Página | 69 (a) (b) Figura 4. 32.- Viviendas de adobe destruidas después de (a) el terremoto de Huaraz de 1970 [52], y (b) el terremoto de Pisco de 2007 [53]. La probabilidad de daño sísmico es muy alta, tanto en pérdidas de vidas humanas como de materiales. Como ya se vio en la sección 1.4, del 15 al 17% de la población mundial viven en casas de tierra [54]; sin embargo, en el Perú este porcentaje es mucho mayor 33.6%. Por otro lado, en el Perú, aproximadamente el 35% de las viviendas son construidas con adobe o tapial, eso involucra a más de 9 millones de personas (Tabla 2. 3) [55]. Sólo en los departamentos de Cajamarca, La Libertad, Cusco y Puno se concentran más del 40% del total de viviendas de tierra del país (adobe y tapial). En la selva (bajo peligro sísmico) sólo hay el 0,1 % de viviendas de tierra del país; en la sierra (mediano peligro sísmico) el 65,8%, mientras que en la costa (alto peligro sísmico) el 34,1 % de viviendas de tierra del país. Tabla 2. 3.-Viviendas por tipo y número de ocupantes en el Perú [55] Tipo Número % Habitantes % Ladrillo o bloque de cemento 2991627 46.74% 13156269 48.62% Adobe o tapia 2229715 34.84% 9091995 33.60% Madera (pona, tornillo, etc.) 617742 9.65% 2672157 9.88% Quincha (caña con barro) 183862 2.87% 767322 2.84% Estera 144511 2.26% 520585 1.92% Piedra con barro 106823 1.67% 373157 1.38% Piedra o sillar con cal o cemento 33939 0.53% 123642 0.46% Otro material 91912 1.44% 352072 1.30% Total 6400131 100.00% 27057199 100.00% A pesar del riesgo sísmico, las personas siguen construyendo sus casas con adobe sobre todo en zonas rurales costeñas y andinas. Este fenómeno pasa por los siguientes motivos: 1) A través del tiempo las personas construyeron con adobe y ésta costumbre pasa de generación en generación. Se puede decir que, la construcción con adobe en el Perú forma parte de la cultura del país. 2) El adobe es un material con buenas propiedades térmicas. Los muros retienen el calor por el día y atemperan el interior por la noche. Esto es de especial importancia sobre todo en las zonas andino-rurales porque la temperatura puede descender hasta -20 °C en el invierno. 3) El adobe es un material accesible y 4) de bajo costo, debido a que la tierra es posible encontrar en la mayoría de lugares, y, en general, la mayoría de casas de adobe son autoconstruidas. Por esta razón, en las zonas rurales, las personas prefieren construir con éste material por encima de otros materiales industrializados como la albañilería de arcilla cocida o el concreto. Construir con materiales industrializados representaría mayor costo por el flete, la mano Página | 70 de obra y por los procesos constructivos propios de cada sistema estructural. Finalmente, 5) Falta de conciencia del peligro sísmico de las viviendas de adobe no reforzadas. Se concluye que las personas siguen y seguirán construyendo con adobe por los motivos explicados líneas arribas. Por lo tanto, es responsabilidad de los investigadores, profesores y profesionales reducir la vulnerabilidad sísmica de las viviendas mediante métodos de reforzamiento que sean aceptados por la sociedad. 4.7.2. Otros problemas: lluvias, inundaciones y heladas Como se vio en las secciones 4.2 y 4.3, las lluvias, inundaciones y heladas constituyen un peligro para las personas que viven en casas de adobe en el Perú. En el Perú, los periodos de lluvias se dan entre diciembre y abril de cada año. Sin embargo, los fenómenos extraordinarios como El Niño son los que causan mayor destrucción por las intensas lluvias e inundaciones. En la Figura 4. 33 a se muestra el escenario de riesgo de lluvias durante el fenómeno climatológico de El Niño costero en 2017. Ante este peligro, las viviendas de adobe son vulnerables. Ante inundaciones, la vulnerabilidad de las construcciones con adobe radica en que ante inundaciones prolongadas el adobe se convierta en barro. De esta manera pone en riesgo la estabilidad de la estructura. No es menos importante el efecto erosivo de las lluvias que debilitan al muro y reducen el área de corte resistente en la base si es que este no tiene un enlucido que lo proteja. En las zonas con mayor altura con respecto a nivel del mar, las heladas son un peligro para las personas que habitan estas zonas. En la Figura 4. 33 b se muestra el mapa histórico de frecuencia de heladas durante el periodo 1964-2009 en el Perú. El frío más intenso se produce en Puno y Cusco. Otras regiones afectadas son Pasco, Junín, Huancavelica, Ayacucho, Apurímac, Arequipa y Tacna. Ante este fenómeno climatológico, las viviendas de adobe a pesar de sus buenas propiedades térmicas, son vulnerables a las heladas por dos motivos. (1) Porque pueden colapsar por exceso de carga de nieve en el techo. (2) Porque si no están bien acondicionadas, por ejemplo si tienen aberturas muy grandes, rendijas, piso de tierra o techo de calamina, el intenso frio ingresará a la vivienda y las personas que las habitan pueden sufrir enfermedades. Como ya se vio líneas arriba, la problemática de las viviendas de adobe es muy grande. En este texto se abordará la solución al problema del riesgo sísmico. Página | 71 (a) (b) Figura 4. 33.- (a) Escenario de riesgo de lluvias durante el fenómeno de El Niño Costero 2017 [56], (b) Mapa histórico de frecuencia de heladas periodo 1964-2009 [57, p. 1]. Página | 72 4.9. Conclusiones En este capítulo se revisó del comportamiento estructural de las viviendas vernáculas de adobe en el Perú ante los fenómenos naturales: sismos, inundaciones y heladas. Para ello, primero se revisó lo que pasó con estas viviendas tras los eventos naturales más destructivos en el Perú. Luego, se realizó la tipología de fallas de las viviendas de adobe. Finalmente, se abordaron las problemáticas existentes de las viviendas vernáculas de adobe dando especial énfasis en el riesgo sísmico. Las conclusiones más importantes de este capítulo son las siguientes:  Las viviendas vernáculas de adobe en el Perú son vulnerables a los fenómenos naturales como sismos, inundaciones y heladas.  Los muros de adobe no reforzados tienen un comportamiento deficiente frente a los sismos porque son pesados, poco resistentes y frágiles.  Las viviendas de adobe en el Perú carecen de arriostres que ayudan a soportar las cargas sísmicas y mantener la unidad de la estructura durante un sismo: viga collar y contrafuertes.  El agrietamiento de la mampostería de adobe producido por un sismo se realiza principalmente por las juntas de mortero.  Los sobrecimientos de las viviendas de adobe tienen la función de dar protección ante la acción erosiva del agua.  Los techos de las viviendas de adobe que se ubican en zonas de heladas son críticos.  Las personas que habitan en viviendas de adobe están en riesgo de perder sus vidas frente a la ocurrencia de fenómenos naturales severos. 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PROPIEDADES MECÁNICAS DE LA MAMPOSTERÍA DE ADOBE En este capítulo, primero, se estudian las propiedades mecánicas del bloque de adobe y del mortero por separado; las más importantes son la resistencia a la compresión y a la tracción. Luego, se estudian las propiedades mecánicas de la mampostería de adobe; las predominantes son la resistencia a compresión en pilas y la resistencia a la compresión diagonal en muretes. Después, se revisan los ensayos sobre muros de adobe sin refuerzo a escala real frente a solicitaciones laterales estáticas y cíclicas. En seguida, se estudia la influencia de las propiedades del suelo en las resistencias mecánicas de la mampostería de adobe. Finalmente, se revisan los modos para mejorar esta resistencia con la adición de aditivos. Las propiedades mecánicas de la mampostería de adobe y de sus componentes se miden mediante ensayos de laboratorio. Estos ensayos de caracterización mecánica están estandarizados en las normas ASTM (American Society of Testing Materials), las EN (European Standard) y las FEMA (Federal Emergency Management Agency). Se elaboró una tabla con los principales estándares utilizados para la realización de ensayos de caracterización mecánica de la mampostería de adobe (Tabla 5. 1). Por otro lado, se observó que las investigaciones en cada país trabajan con fundamentos básicos de la resistencia de materiales. Sin embargo, los ensayos varían en cada país. Esto debido a que en muchos países o bien no existen normativas o porque las normativas existentes no siguen un estándar común de ensayos. Tabla 5. 1.- Normas Estándar Abreviación Nombre Ref ASTM C1314-12 Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms [1] ASTM C496/C496M-04 Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens [2] ASTM D2155/D2166M-13 Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of Cohesive Soil [3] ASTM E111-04 Standard Test Method for Young’s Modulus, Tangent Modulus, and Chord Modulus [4] ASTM E2126-11 Standard Test Methods for Cyclic (Reversed) Load Test for Shear Resistance of Vertical Elements of the Lateral Force Resisting Systems for Buildings [5] ASTM E519/E519M- 10 Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Masonry Assemblages [6] ASTM E564-06 Standard Practice for Static Load Test for Shear Resistance of Framed Walls for Buildings [7] BS EN 1015–11 Determination of flexural and compressive strength of hardened mortar [8] BS EN 1052-1:1999 Methods of test for masonry [9] FEMA 461 Interim Testing Protocols for Determining the Seismic Performance Characteristics of Structural and Nonstructural Components [10] LUM B6 1991 Diagonal tensile strength tests of small wall specimens [11] En la primera parte de este capítulo se estudian las principales propiedades mecánicas que gobiernan el comportamiento de la mampostería de adobe. En algunos casos, existen diferentes ensayos para el cálculo de una propiedad determinada, por ejemplo la resistencia a la tracción. Viendo esto, y con la finalidad de evitar confusiones en las notaciones a realizar, se elaboró una tabla de notaciones correspondientes a propiedades mecánicas obtenidas en cada ensayo (Tabla 5. 2). Página | 79 Tabla 5. 2.- Notaciones de resistencias mecánicas. Ítem Notación Nombre 1 𝜎𝑐 Resistencia a la compresión del material tierra 2 𝑓𝑡 Resistencia a la tracción del material tierra 3 𝑓𝑡_𝑇𝐷 Resistencia a la tracción medida con el ensayo de tracción directa 4 𝑓𝑡_𝐹 Resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de flexión en tres puntos 5 𝑓𝑡_𝐶𝐷 Resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de compresión diametral 6 𝜎𝑐_𝑚𝑜𝑟 Resistencia a la compresión de los morteros 7 𝑓𝑡_𝐹_𝑚𝑜𝑟 Resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de flexión en tres puntos en el mortero 8 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 Resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de compresión de emparedados 9 𝑓𝑚 Resistencia a la compresión uniaxial de la mampostería de adobe 10 𝑓𝑡_𝐶𝐷𝑀 resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de compresión diagonal en muretes 11 𝜏_𝐶𝑀 Resistencia al corte lateral monotónico 12 𝜏_𝐶𝐶 Resistencia al corte lateral cíclico 5.1. Propiedades mecánicas del bloque de adobe. El objetivo del estudio de las propiedades mecánicas del bloque de adobe es conocer su comportamiento estructural ante la acción de fuerzas. Las propiedades mecánicas de mayor interés son la resistencia a compresión y la resistencia a tracción. Existen dos modos de obtener estos valores: mediante ensayos destructivos y ensayos no destructivos. En los ensayos destructivos se ensaya directamente sobre el material. Según la máquina de ensayo existen dos tipos de ensayos destructivos: con carga controlada [12] [13] y con deformación controlada [14] [15] [16] [17] [18] [19]. La primera permite obtener el valor máximo de la propiedad requerida, mientras que la segunda permite obtener la curva esfuerzo deformación. Un eficiente diseño, estudio o evaluación de las estructuras de adobe requieren una confiable evaluación de las resistencias a la compresión y a la tracción; y si es posible, de sus respectivas curvas esfuerzo deformación. [15, p. 1]. 5.1.1. Resistencia del material tierra a la compresión La resistencia a la compresión 𝜎𝑐 es una propiedad muy estudiada en materiales frágiles como el adobe [20, p. 8]. La resistencia a compresión del material tierra 𝜎𝑐 se obtiene directamente mediante el ensayo de compresión uniaxial. Este ensayo está regulado por la ASTM D2155 [3] que es el método de ensayo estándar para el cálculo del esfuerzo en compresión en suelos cohesivos no confinados. Sin embargo, la aplicación de este estándar es muy poca, ya que si bien los investigadores siguen el procedimiento del ensayo, las dimensiones de los especímenes son variables y muchas veces no cumplen con los requisitos especificados. Adicionalmente, pero menos usado, indirectamente el valor de 𝜎𝑐 se puede obtener mediante el esclerómetro [21]. Para realizar el ensayo de compresión uniaxial, primero se tiene que conseguir los bloques de adobe. Pueden obtenerse en muros de adobe existentes o de la fabricación de nuevos adobes. Éstos se obtienen según el objetivo de investigación. Luego, se tienen que preparar los especímenes. Según la Página | 80 ASTM, éstos deben ser cilíndricos con un diámetro mínimo de 30 mm con una altura tal que los especímenes tenga una esbeltez entre 2 a 2,5. Para finalizar esta etapa se debe colocar un capping que sirve para nivelar las superficies y para que la transmisión de cargas sea uniforme. El ensayo consiste en la aplicación de una carga axial 𝐹𝑚á𝑥 en compresión sobre un espécimen de adobe de área A0 (antes del ensayo) (Figura 5. 1). El esfuerzo en compresión uniaxial se calcula mediante la relación 𝜎𝑐 = 𝐹𝑚𝑎𝑥, donde 𝐴 viene a ser el área corregida, por Poisson, del espécimen en el momento de la falla. Sin embargo es práctica común calcular 𝜎𝑐 = 𝐹max⁡/𝐴0. En el ensayo, dos factores influyen principalmente en la medición de la resistencia a compresión del material: las dimensiones y el capping en el espécimen. En la literatura se encontró que se ensayan sobre especímenes cúbicos, prismáticos y cilíndricos de diferentes dimensiones (Tabla 5. 3). Ensayos de laboratorio comprobaron que la respuesta de los adobes en compresión depende de la forma y dimensiones de los especímenes [15]. La resistencia a compresión aumenta cuando se reduce la esbeltez de los especímenes [14, p. 2074]. Este fenómeno se explica por la aparición de fuerzas friccionantes entre la superficie de contacto del espécimen y la placa de carga, durante el ensayo. Estas fuerzas generan esfuerzos triaxiales en las cabeceras del espécimen. Esto debido a que el material adyacente a las cabeceras se ve restringido de desplazarse lateralmente generando esfuerzos de compresión lateral (Figura 5. 1 b y c) [22, p. 131]. Esto conlleva a sobreestimar el valor de la resistencia a compresión. Por ello, se recomienda que el espécimen tenga una esbeltez mayor a 0,80 o 1,00 [18, p. 8] [15, p. 89]. Por otro lado, el capping influye en la aplicación uniforme de la carga; si la superficie de contacto es irregular es posible que exista concentración de esfuerzos en el espécimen. El capping puede ser de yeso, madera blanda o mortero. (a) (b) (c) Figura 5. 1.- (a) Ensayo de compresión axial en un bloque de adobe con esbeltez de 0.50. [12, p. 225]; (b) Variación de esfuerzos en las cabezas del espécimen de adobe. [22, p. 129], y (c) deformación del espécimen sujeto a compresión uniaxial antes de la falla [19, p. 87] Los modos de falla dependen de la esbeltez del elemento. Los esfuerzos de compresión producen deformaciones longitudinales y transversales. Los principales factores que influyen en el modo de falla son las dimensiones, forma y tipo de interacción entre la placa de la máquina y el espécimen. En cuestión de forma, y dimensiones, en la investigación de Illampas, et al. (2014) [15, p. 86] se constató que en especímenes cilíndricos y cúbicos con una esbeltez cercana a 1, la forma de falla se caracteriza por presentar deformaciones laterales considerables “abultamiento”, y por la formación de grietas verticales (Figura 5. 2 a y b). Además, los valores de resistencia a compresión obtenidos en especímenes cilíndricos son muy cercanos a los valores obtenidos en especímenes cúbicos [23, p. 727]. En cambio, en los especímenes trapezoidales con una esbeltez menor que 1, la falla se caracteriza por una exfoliación de las caras laterales mientras que la parte central, aún compacta sigue Página | 81 resistiendo (Figura 5. 2 c). Es por esta razón que cuando la esbeltez es menor que 1,00 se sobreestima el valor de la resistencia. (a) (b) (c) Figura 5. 2.- Modos típicos de falla del espécimen de adobe en el ensayo de compresión uniaxial (a) cilíndrico h=D=50 mm, (b) cúbico l=50 mm, y (c) prismático h=50 mm, b=l =100 mm. Fotos: [15] Los tipos de falla generados a partir de la interacción espécimen-placa son tres, según Montesinos (2016) [18, p. 21]. La primera se da cuando el espécimen esta doblemente empotrado. En esta falla, el espécimen se abulta en la parte central y los extremos están restringidos de deformarse lateralmente. Luego del abultamiento, se forman bandas diagonales de daño y siguiendo esta línea de esfuerzos se desprenden pedazos concluyendo con la falla en forma de cono (Figura 5. 3 a). El segundo tipo de falla se da cuando el espécimen tiene un extremo empotrado y el otro libre de desplazarse lateralmente debido a la baja fricción; en este caso se forma una grieta diagonal (Figura 5. 3 b). El tercer tipo de falla se da cuando el espécimen tiene libertad de desplazamiento lateral en sus extremos; la falla se caracteriza por la formación de grietas verticales (Figura 5. 3 c). (a) (b) (c) Figura 5. 3.- formas de falla en función de las condiciones de empotramiento (a) falla en cono [24, p. 5], (b) falla diagonal [18, p. 21], y (c) falla vertical [25, p. 257]. Se ha elaborado una tabla de valores de resistencia a la compresión del material tierra encontrados por diferentes investigadores alrededor del mundo (Tabla 5. 3). Con estos resultados se elaboró dos gráficos de distribución normal para adobes contemporáneos e históricos con esbeltez mayor a 0,8. Página | 82 Figura 5. 4.- Distribución normal de valores de la resistencia a compresión del bloque de adobe (a) contemporáneo e (b) histórico. Se observa el carácter heterogéneo del adobe El valor de⁡𝜎𝑐 varía de 0,40 a 6,76 MPa para adobes contemporáneos; y de 0,20 a 6,00 MPa para adobes extraídos de construcciones históricas. El rango de valores con un intervalo de confianza del 68% para adobes contemporáneos es de 1,03 a 4,45 MPa, y para adobes históricos es de 0,06 a 2,39 MPa. Finalmente, el valor promedio para adobes contemporáneos e históricos es de 2,74 MPa y 1,23 MPa respectivamente. Además, se observa que los especímenes ensayados con esbelteces menores a 0,8 muestran los valores más altos de resistencia, sobre estimándola. El promedio de resistencia a compresión para especímenes no reforzados con esbelteces mayores a 0.80 es de 1,98 MPa para adobes contemporáneos y 1,04 MPa para adobes históricos [18, p. 8]. Valores más bajos que el promedio general, pero más fiables. En cuanto a las normativas, la norma peruana establece el valor mínimo de 1.18 MPa [26, p. 314], la norma New Zelandesa 1.30 MPa [27, p. 24], la norma del estado de Nuevo Mexico en USA 2.07 MPa. 1,98 0,90 3,07 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 1 2 3 4 5 6 D is tr ib u ci ó n n o rm al Rango de valores de 𝜎c (MPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ 1,04 0,32 1,77 0,0 0,2 0,4 0,6 0 2 4 6 D is tr ib u ci ó n n o rm al Rango de valores de 𝜎c (MPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ Página | 83 Tabla 5. 3.- Datos experimentales de compresión en adobes contemporáneos Ítem λ Dimensiones Mezcla empleada 𝝈𝑐 País Autor (mm) (MPa) 1 1.00 80x80x80 Tierra arcillosa de baja plasticidad y paja. 1.45 Perú [28, p. 7] 2 1.00 50x50x50 Tierra, arena gruesa y paja 5:1:1. 1.41 Perú [29, p. 27] 3 - 200x400x120 Tierra y paja de arroz 1.84 Perú [30, p. 29] 4 - 310x180x85 Tierra, arena gruesa y paja 3:1:1 1.77 Perú [31, p. 31] 5 1.00 80x80x80 Tierra arcillosa de baja plasticidad y paja. 2.54 Perú [32, p. 15] 6 - 200x250x80 Tierra, arena gruesa y paja 5:1:1. 2.94 Perú [33, p. 1] 7 1.00 - Tierra y agua 1.81-3.65 Perú [34, p. 11] 8 1.00 80x80x90 Tierra arcillosa de baja plasticidad y paja. 1.47 Perú [35, p. 19] 9 2.00 120x210x110 Tierra y arena 1.07 Perú [36] 10 - 250x250x70 Tierra, arena, paja 5:1:1. 5.20 Perú [37, p. 514] 11 1.00 100x100x100 Tierra, agua, arena 2.00-3.70 Alemania [12, p. 224] 12 1.00 100x100x100 Tierra, agua, arena y paja 0.50-1.70 Alemania [12, p. 224] 13 - 500x500x115 Tierra y agua 5.21 Alemania [19, p. 82] 14 0.56 220x107x60 Tierra y agua 4.10-5.10 Argelia [38, p. 619] 15 0.56 220x107x60 Tierra, paja (1.5%) y agua 3.00-5.50 Argelia [38, p. 619] 16 1.00 H=50, D=50 Tierra, agua y fibra 0.76-1.41 Chipre [15, p. 87] 17 0.50 50x100x100 Tierra, agua y fibra 0.45-3.31 Chipre [15, p. 87] 18 1.00 50x50x50 Tierra, agua y fibra 0.60-1.75 Chipre [15, p. 87] 19 4.00 200x90x50 Tierra y agua 1.39-1.70 China [39, p. 1453] 20 - - Tierra arcillosa de baja plasticidad 2.84 Colombia [40, p. 296] 21 - - Tierra y agua 2.87-6.55 Colombia [41, p. 307] 22 0.83 100x120x250 Tierra, agua y arena 3.69-3.99 España [42, p. 3022] 23 1.00 160x40x40 Tierra, agua y fibra 2.23-4.44 Escocia [13, p. 1465] 24 1.00 50x50x50 Tierra y agua 0.72-2.44 Italia [43, p. 515] 25 1.00 50x50x50 Tierra, agua y paja 1.57 Italia [44, p. 4] 26 2.48 45x58x112 Tierra, agua y paja 1.70 Italia [44, p. 6] 27 1.00 - Tierra, agua y paja 0.40-2.00 Italia [17, p. 302] 28 0.42 310x460x130 Tierra y agua 5.15 Italia [14, p. 2070] 29 0.87 150x230x130 Tierra y agua 2.88 Italia [14, p. 2071] 30 0.42 310x460x130 Tierra, agua, arena y paja 6.76 Italia [14, p. 2070] 31 0.87 150x230x130 Tierra, agua, arena y paja 2.51 Italia [14, p. 2071] 32 - - Tierra y agua 0.98 México [45, p. 253] 33 0.32 486x285x92 Tierra y agua 2.47 México [46, p. 140] 34 1.00 150x150x150 Tierra, cemento, yeso y fibra plástica 6.50 Turquía [47, p. 317] 35 1.00 150x150x150 Tierra, cemento, yeso y paja 5.30 Turquía [47, p. 317] 36 1.00 150x150x150 Tierra, cemento, yeso y fibra de poliestireno 4.20 Turquía [47, p. 317] Datos experimentales de compresión en adobes históricos Ítem λ Dimensiones Mezcla empleada σ_c País Autor (mm) (MPa) 37 2.50 45x45x110 Tierra, conchas marinas y oquedades 0.74-1.58 Perú [18, p. 33] 38 1.00 150x150x150 Tierra limo-arcillosa con oquedades 1.24 Perú [48, p. 44] 39 1.00 50x50x50 Tierra y agua 0.20-0.78 Italia [43, p. 515] 40 - - Tierra limo-arcillosa y agua 3.04 Colombia [49, p. 176] 41 0.25 190x190x47 Tierra y agua 1.12-6.00 Irán [25, p. 254] 42 0.90 165x160x150 Tierra y agua 0.29-1.56 Italia [50, p. 855] Página | 84 La curva resultante del ensayo a compresión uniaxial en especímenes de adobe es la curva esfuerzo- deformación. La cual se caracteriza por tener una forma parabólica de segundo grado (Figura 5. 5). El valor más importante de esta curva es la resistencia a compresión máxima del material tierra. Figura 5. 5.- Curva esfuerzo deformación del ensayo de compresión uniaxial en un espécimen de adobe, [16, p. 39]. 5.1.2. Resistencia del material tierra a la tracción La resistencia a tracción 𝑓𝑡 del material tierra es importante porque está relacionada con el agrietamiento del adobe y su degradación de resistencia. Se obtiene directamente mediante el ensayo de tracción directa. Sin embargo, este ensayo se realiza poco porque es difícil de inducir esfuerzos de tracción pura en todo el espécimen sin ocasionar concentraciones de esfuerzos localizados [22, p. 133]. Por eso, indirectamente se puede calcular con los ensayos de flexión en tres puntos y compresión diametral (ensayo brasileño), a los que se les denomina ensayos de tracción indirecta. El ensayo de tracción directa consiste en someter a un esfuerzo de tracción al espécimen de adobe hasta llegar a la falla (Figura 5. 6 a). Para ello, se fijan los extremos del espécimen a la máquina y se aplica una fuerza tensora 𝐹. La resistencia a la tracción medida con el ensayo de tracción directa 𝑓𝑡_𝑇𝐷 se calcula como el cociente de la fuerza máxima aplicada entre el área del espécimen: 𝑓𝑡_𝑇𝐷 = 𝐹𝑚á𝑥⁡⁡/𝐴 (Figura 5. 6 b). 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 0,000 0,004 0,008 0,012 0,016 Es fu er zo ( M P a) Deformación (mm) 43 2.00 H=170, D=85 Tierra y agua 0.79-1.64 Portugal [20, p. 37] 44 - - Tierra y agua 0.50 Portugal [51] 45 0.41 290x450x120 Tierra y agua 0.46 Portugal [52, p. 207] 46 2.00 H=170, D=85 Tierra y agua 0.54-1.32 Portugal [53, p. 1574] 47 2.00 H=170, D=85 Tierra y agua 0.66-2.15 Portugal [16, p. 40] 48 1.00 100x100x100 Tierra y agua 0.23-1.02 Portugal [23, p. 722] 49 1.80 H=160, D=90 Tierra y agua 0.28-1.21 Portugal [23, p. 722] 50 2.00 H=190, D=95 Tierra arenosa con cal 0.53-1.72 Portugal [54, p. 130] 51 - 460x320x120 Tierra y agua 0.56 Portugal [55, p. 48] 52 2.00 H=160, D=80 Tierra y agua 0.40-3.07 Portugal [56, p. 6] 53 - - Tierra y agua 0.32-2.46 Portugal [57, p. 3] 54 2.00 H=180, D=90 Tierra y agua 0.50-2.00 Portugal [58, p. 15] 55 1.80 600x650x1100 Tierra y agua 0.24-1.33 Turkmenistán [59, p. 6] D: diámetro, H: altura. Página | 85 (a) (b) Figura 5. 6.- (a) Ensayo de tracción directa, Foto: [12, p. 225], y (b) esquema de fuerzas en el espécimen, Imagen: [18, p. 10] El ensayo de flexión en tres puntos está regulado por el estándar británico “BS EN 1015–11” [8]. Consiste en la aplicación de una carga monotónica en el centro del espécimen, el mismo que está apoyado en ambos extremos (Figura 5. 7 a). La resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de flexión en tres puntos 𝑓𝑡_𝐹, también conocida como módulo de rotura, se calcula por la teoría de Euler-Bernoulli para vigas en flexión uniaxial 𝑓𝑡_𝐹 = 1.50⁡⁡(𝐹_𝑚á𝑥⁡⁡𝐿)/(𝑏⁡𝐷^2⁡). Donde F_máx es la carga máxima, L la longitud entre apoyos, b y D son respectivamente el ancho y peralte del espécimen (Figura 5. 7 b). El valor de 𝑓𝑡_𝐹 cuando es determinado por este método también es llamado “módulo de rotura”. La falla típica (Figura 5. 7 c) se caracteriza por la aparición de una grieta en la parte central inferior que se propaga verticalmente hacia arriba con el incremento de esfuerzos hasta que el espécimen se parte en dos. En ocasiones el espécimen se forma una grieta inclinada en los extremos, esto es producto de una falla por cortante. En este caso los datos deben ser descartados [18, p. 40] (a) (b) (c) Figura 5. 7.- (a) Ensayo de flexión en tres puntos [23, p. 722], (b) esquema de fuerzas en el espécimen, Imagen: [18, p. 10]), y (c). forma de falla, Foto: [18, p. 41] El ensayo de compresión diametral, también llamado ensayo brasileño está regulado por la ASTM C 496 [2]. Consiste en la aplicación de una carga que comprime diametralmente al espécimen de adobe (Figura 5. 8 a). De este modo se crea un estado de esfuerzos de tensión casi uniforme en el espécimen a través de un plano vertical (Figura 5. 8 b) [53, p. 1572]. La resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de compresión diametral 𝑓𝑡_𝐶𝐷 se calcula por equilibrio de fuerza internas y está dado por la expresión 𝑓𝑡_𝐶𝐷⁡ = 2⁡⁡⁡𝐹𝑚á𝑥/𝜋𝐿𝐷. Donde 𝐹𝑚á𝑥 es la carga máxima resistida, 𝐿 y 𝐷 son el largo y el diámetro del espécimen respectivamente. El espécimen falla partiéndose en dos diametralmente en todo el largo (Figura 5. 8 c). Página | 86 (a) (b) (c) Figura 5. 8.- (a) Ensayo de compresión diametral, Foto: [16, p. 38], (b) esquema de fuerzas en el espécimen, Imagen: [18, p. 10], y (c) forma de falla, Foto: [18, p. 41] Se ha elaborado una tabla de valores de resistencia a la tracción del material tierra encontrados por diferentes investigadores alrededor del mundo (Tabla 5. 4). Tabla 5. 4.- Datos experimentales de tracción en adobes contemporáneos Ítem Tipo Dimensiones Mezcla empleada f_t País Autor (mm) (MPa) 1 F - Tierra arcillosa y paja. 0,43 Perú [28, p. 7] 2 C.D H=280, D=150 Tierra arcillosa y paja. 0,11 Perú [28, p. 8] 3 T.D - Tierra y agua 0,52 Alemania [19, p. 82] 4 F 70x70x280 Tierra y agua 0,18 Argelia [38, p. 620] 5 F 70x70x280 Tierra, paja (1.5%) y agua 0,19 Argelia [38, p. 620] 6 F - Tierra arcillosa de baja plasticidad 0,49 Colombia [40, p. 296] 7 F 160x40x40 Suelo y agua y fibra 1,25 Escocia [13, p. 1465] 8 F 250x120x100 Tierra, agua y arena 0,68 España [42, p. 3022] 9 F 355x85x112 Tierra, agua y paja 0,75 Italia [44, p. 7] 10 F 160x40x40 Tierra, agua y paja 0,56 Italia [17, p. 304] 11 F - Tierra y agua 0,29 México [45, p. 253] 12 F 486x285x92 Tierra y agua 0,21 México [46, p. 143] 13 T.D 160x40x20 Tierra, agua, arena 0,56 Turquía [12, p. 225] 14 T.D 160x40x20 Tierra, agua, arena y paja (0.6%) 0,22 Turquía [12, p. 225] Datos experimentales de tracción en adobes históricos 15 F 42x42x140 Tierra, conchas marinas y oquedades 0,63 Perú [18, p. 47] 16 C.D H=97, D=35 Tierra, conchas marinas y oquedades 0,25 Perú [18, p. 48] 17 F - Tierra limo-arcilloso y agua 0,41 Colombia [49, p. 176] 18 F 238x213x210 Tierra y agua 0,02 Irán [25, p. 256] 19 F 380x155x165 Tierra y agua 0,28 Italia [50, p. 855] 20 F - Tierra limoso de baja plasticidad 0,27 Marruecos [21, p. 7] 21 T.D 180x130x50 Tierra y agua 0,10 Portugal [20, p. 29] 22 C.D H=170, D=85 Tierra y agua 0,14 Portugal [53, p. 1574] 23 C.D H=170, D=85 Tierra y agua 0,26 Portugal [16, p. 40] 24 F 450x240x120 Tierra y agua 0,62 Portugal [23, p. 722] 25 C.D H=160, D=90 Tierra y agua 0,16 Portugal [23, p. 722] 26 C.D H=190, D=95 Tierra arenoso con cal 0,12 Portugal [54, p. 131] 27 C.D H=160, D=80 Adobes existentes 0,30 Portugal [56, p. 6] 28 C.D H=180, D=90 Adobes existentes 0,30 Portugal [58, p. 16] 29 F 110x82x60 Tierra y agua 0,31 Turkmenistán [59, p. 6] 30 C.D H=100, D=85 Tierra y agua 0,22 Turkmenistán [59, p. 9] Página | 87 T.D: Tracción directa, F: Flexión en tres puntos, C.D: Compresión diametral, D: diámetro, H: altura. Existe la discusión acerca del tipo de ensayo que da resultados más aproximados. Los dos métodos indirectos sobreestiman el valor obtenido por el método directo de la resistencia a tracción del adobe. Montesinos (2016) [18, p. 10] en base a una investigación bibliográfica indica que el ensayo de tracción directa es aproximadamente el 16% de la resistencia a compresión, mientras que en los ensayos de flexión y compresión diametral se obtienen valores correspondientes al 47% y 20% de 𝜎𝑐 (Figura 5. 9 a). Silveira (2013) [23, p. 726] estudió la correlación que existe entre ambos ensayos y concluyó que la resistencia a tracción obtenida por compresión diametral es aproximadamente el 30% del resultado obtenido en el ensayo de flexión en tres puntos. Se puede concluir que, entre los métodos indirectos, el ensayo a compresión diametral da valores más aproximados a la resistencia tracción directa del adobe. Con estos resultados se elaboró un gráfico de la distribución normal de la resistencia a la tracción del adobe, solo se consideraron los ensayos de tracción directa y de compresión diametral (Figura 5. 9 b). (a) (b) Figura 5. 9.- (a) Resistencia a tracción como porcentaje de la resistencia a compresión [18, p. 10], y (b) distribución normal de valores de la resistencia a tracción del bloque de adobe (tracción directa y compresión diametral) El valor de⁡𝑓𝑡 calculado por los ensayos de tracción directa y compresión diametral varía de 0,10 a 0,62 MPa. El rango con un intervalo de confianza del 68% es de 0,10 a 0,45 MPa. El valor promedio es de 0,28 MPa. Otro dato interesante es que el promedio de⁡𝑓𝑡 para adobes contemporáneos es de 0,35 MPa, mientras que para adobes históricos es de 0,21 MPa. Este menor valor puede deberse a procesos de degradación del adobe y del mortero en el tiempo. En lo referente a las normativas, la norma nueva zelandesa establece un valor mínimo del módulo de rotura 0,25 MPa [27, p. 24] y la norma del estado de Nuevo México de USA, 0,35 MPa [60]. Otro aspecto interesante son las curvas esfuerzo-deformación obtenidas en los diferentes ensayos. La curva 𝜎 − 𝜀 obtenida por el ensayo de tracción directa tiene una forma parabólica de segundo grado (Figura 5. 10 a). Mientras que las curvas obtenidas por los ensayos de flexión y compresión diametral tienen la forma de una curva parabólica invertida (Figura 5. 10 b y c). Una posible explicación a este fenómeno es por el desarrollo de esfuerzos internos en el espécimen. Por ejemplo, en el ensayo de compresión diametral, para valores muy bajos de carga, el espécimen desarrolla esfuerzos de compresión en el eje diametral vertical. A medida que se incrementan las fuerzas externas, los esfuerzos internos cambian para lograr el equilibrio con estas fuerzas internas. Entonces recién empiezan a generarse esfuerzos de tracción en el eje diametral. Algo parecido sucede en el ensayo de 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 P o rc en ta je d e la re si st en ci a a la co m p re si ó n ( % ) Resistencias de ensayos Flexión en tres puntos Compresión diametral Tracción directa 0,28 0,10 0,45 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 0,00 0,20 0,40 0,60 D is tr ib u ci ó n n o rm al Rango de valores de 𝑓_𝑡 (MPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ Página | 88 flexión en tres puntos. En este caso la explicación pasa por la variación del eje neutro durante el incremento de la carga. En cambio, en el ensayo de tracción directa la explicación es más simple porque la curva desarrollada sigue el fenómeno de degradación de rigidez con el aumento de la carga externa de tracción. (a) (b) (c) Figura 5. 10.- Curva esfuerzo deformación típica del (a) ensayo a tracción directa [12, p. 225], (b) ensayo de compresión diametral [20, p. 11], y (c) flexión en tres puntos [13, p. 1465]. (Los gráficos pertenecen a diferentes investigaciones, no están relacionados entre sí) 5.2. Propiedades mecánicas del mortero de barro El mortero utilizado en las construcciones de mampostería de adobe casi siempre está hecho con el mismo suelo con que se fabricó el adobe. En algunos lugares al adobe y al mortero se le agregan aditivos como paja y arena. En ensayos de corte lateral realizados sobre muros de adobe (secciones 5.3.3 y 5.3.4) se observa que las fisuras se forman siempre en las juntas entre bloques, en forma lineal o escalonada [61, p. 18]. Por ende, se concluye que las juntas son zonas críticas y que la adherencia del mortero a los bloques de adobe determina la resistencia de la mampostería [62, p. 29]. El mortero es responsable de la integración de la mampostería [61, p. 18]. 5.2.1. Resistencia del mortero a la compresión y a la flexión en tres puntos. La norma EN 1015-11 [8] regula los ensayos de compresión y flexión en tres puntos para morteros (ver sección 5.1.1 y 5.1.2). En estos ensayos se evalúa la calidad del material tierra más que el comportamiento mecánico del mortero. Se presenta una tabla resumen de los resultados experimentales en morteros tradicionales (Tabla 5. 5). Se observa que la resistencia a la compresión de los morteros de barro 𝜎𝑐_𝑚𝑜𝑟 varía de 0,45 MPa a 4,40 MPa. En tanto que la resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de flexión en tres puntos en el mortero 𝑓𝑡_𝐹_𝑚𝑜𝑟 varia de 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Es fu er zo ( M P a) Deformación (mm) Ensayo de tracción directa 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Es fu er zo ( M P a) Deformación (mm) Ensayo de compresión diametral 0,00 0,50 1,00 1,50 0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500 Es fu er zo ( M P a) Deformación (mm) Ensayo de flexión en tres puntos Página | 89 0,23 MPa a 1,00 MPa. Los amplios rangos de valores se deben a la calidad de la tierra utilizada para la fabricación de los morteros y el tipo de mezcla empleada. Tabla 5. 5.- Datos experimentales de compresión y flexión en tres puntos en morteros de barro ítem λ 𝝈𝒄_mor 𝒇𝒕__𝑭_𝒎𝒐𝒓 País Referencia (MPa) (MPa) 1 2.00 1.10 - Perú [37, p. 515] 2 2.66 1.34-4.19 0.23-0.56 Perú [18, p. 34] 3 - 3.49 - Perú [32, p. 13] 4 - 3.32 0.30 Alemania [19, p. 82] 5 - 0.76-1.04 - Colombia [41, p. 307] 6 1.00 4.40 - Irán [25, p. 254] 7 1.00 3.08-3.51 - México [46, p. 145] 8 - 0.67 0.23 Portugal [52, p. 207] 9 2.00 2.37-3.04 0.66-1.00 Portugal [20, p. 23] 10 - 0.45-1.68 - Portugal [57, p. 3] 11 - 1.22-1.55 - Portugal [51, p. 113] λ: esbeltez, 𝜎_𝑐_𝑚𝑜𝑟⁡: resistencia a la compresión de los morteros de barro, 𝑓_𝑡__𝐹_𝑚𝑜𝑟: resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de flexión en tres puntos en el mortero. 5.2.2. Resistencia del mortero a la tracción indirecta La resistencia a la tracción en la interface adobe-mortero se puede calcular a partir del ensayo de tracción indirecta (ETI), el cual es una adaptación de la norma estándar ASTM C496-04 [2] de tracción indirecta en cilindros de concreto. El protocolo del ETI se desarrolló en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) con la tesis: “El ensayo de tracción indirecta para medir la resistencia mecánica de la mampostería de adobe” [63]. En esta sección se explica el procedimiento de ensayo desarrollado por Iwaki y Morales y los principales resultados del proyecto “DAI unidad E- 015: Reparación de Grietas en Construcciones Históricas de Tierra en Áreas Sísmicas: Parte II” [64] El espécimen a ensayar consiste en un emparedado formado por dos bloques de adobe unidos con mortero (Figura 5. 11 a). A este emparedado se le tiene que agregar un capping de yeso a lo largo de la superficie de contacto para que se aplique uniformemente la carga (Figura 5. 11 b).12 (a) (b) Figura 5. 11.- Especímenes utilizados en el ensayo de tracción indirecta: (a) emparedado, y (b) colocación del capping [63, pp. A3-23] [64, p. 26]. 12 Más información acerca de la preparación de especímenes y protocolo de ensayo en [64, p. 22], [63, p. Anexo D] y [62, p. 31] Página | 90 El ETI consiste en la aplicación de una carga vertical (0.2 mm/min) a lo largo y sobre la línea media de la junta de mortero del emparedado (Figura 5. 12 a y b). Esta fuerza produce esfuerzos de tracción horizontal en la interface ((Figura 5. 12 c). Esta carga se aumenta hasta la rotura del espécimen. El esfuerzo máximo de tracción en la interface representa la adherencia existente entre el mortero y el adobe [62, p. 30]. (a) (b) (c) Figura 5. 12.- Ensayo de tracción indirecta en emparedados de adobe (a) esquema de aplicación de carga, (b) ensayo de ETI, y (c) esfuerzos internos producidos. El valor de la resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de compresión de emparedados 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 se calcula mediante la siguiente expresión: 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 = 𝛼⁡((2⁡𝑃𝑚𝑎𝑥/𝜋𝐴), donde 𝑃𝑚á𝑥 es la carga rotura, 𝐴 es el área de la interfase de mortero (𝐴⁡ = ⁡𝑙⁡ℎ, donde ℎ es la altura y 𝑙⁡la longitud del emparedado) y 𝛼 es el coeficiente de forma que depende de la geometría del espécimen (Tabla 5. 6). Tabla 5. 6.- Coeficiente de forma α [63, pp. A3-15] Espesor del mortero (mm) Esbeltez de emparedado λ 0.60 0.70 0.80 0.90 0 0.772 0.806 0.850 0.880 2.50 0.770 0.805 0.848 0.879 5.00 0.765 0.801 0.845 0.875 7.50 0.756 0.795 0.838 0.869 10.00 0.745 0.786 0.830 0.861 12.50 0.734 0.775 0.819 0.850 15.00 0.720 0.762 0.806 0.837 Se elaboró una tabla con resultados del ensayo de tracción indirecta en morteros de barro del “Proyecto DAI unidad E-015” [64] (Tabla 5. 7). Tabla 5. 7.- resultados del ensayo de tracción indirecta en morteros de barro Ítem Dimensiones e Esbeltez 𝛼 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 país Autor b l h mm mm/mm kPa 1 202.5 240 120 2.5 0.593 0.770 43.4 Perú [64] 2 203.0 240 120 3.0 0.591 0.770 39.6 Perú [64] 3 202.5 240 120 2.5 0.593 0.770 46.1 Perú [64] 4 202.0 240 120 2.0 0.594 0.770 52.7 Perú [64] 5 201.7 240 120 1.7 0.595 0.770 44.9 Perú [64] 6 203.0 240 120 3.0 0.591 0.770 37.4 Perú [64] 7 205.0 240 120 5.0 0.585 0.765 40.8 Perú [64] 8 205.0 240 120 5.0 0.585 0.765 46.9 Perú [64] Página | 91 Tabla 5. 7.- resultados del ensayo de tracción indirecta en morteros de barro Ítem Dimensiones e Esbeltez 𝛼 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 país Autor b l h mm mm/mm kPa 9 204.5 240 120 4.5 0.587 0.765 61.7 Perú [64] 10 205.5 240 120 5.5 0.584 0.765 47.8 Perú [64] 11 206.0 240 120 6.0 0.583 0.765 54.4 Perú [64] 12 206.5 240 120 6.5 0.581 0.756 49.0 Perú [64] 13 206.0 240 120 6.0 0.583 0.765 38.5 Perú [64] 14 206.0 240 120 6.0 0.583 0.765 42.3 Perú [64] 15 206.0 240 120 6.0 0.583 0.765 31.8 Perú [64] 16 206.0 240 120 6.0 0.583 0.765 37.1 Perú [64] 17 205.0 240 120 5.0 0.585 0.765 51.6 Perú [64] 18 206.0 240 120 6.0 0.583 0.765 64.5 Perú [64] 19 206.5 240 120 6.5 0.581 0.756 44.4 Perú [64] 20 207.0 240 120 7.0 0.580 0.756 39.5 Perú [64] 21 210.0 240 120 10.0 0.571 0.745 32.8 Perú [64] 22 208.0 240 120 8.0 0.577 0.756 33.3 Perú [64] 23 207.0 240 120 7.0 0.580 0.756 60.1 Perú [64] b: ancho, l: largo, h: alto, e: espesor del mortero, coeficiente de forma, 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟: resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de compresión de emparedados Con estos datos se elaboró un grafico de distribución normal de los valores encontrados (Figura 5. 13). El rango de valores de la resistencia máxima a la tracción indirecta en morteros 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 varia de 31 kPa a 65 kPa para un suelo de Lima [64, p. Anexo C7] [62, p. 49]. El intervalo con una confianza de 68% varía 36,16 a 54,33 kPa. El valor promedio de 𝑓𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 es de 45,24 kPa. Figura 5. 13.- Distribución normal de valores máximos de resistencia a la tracción indirecta en morteros. El ETI en especímenes de adobe es un ensayo simple, rápido y económico. Los resultados de este ensayo guardan una buena relación con el ensayo de compresión diagonal en muretes (ver sección 3.3.2). En tanto que producen resultados algo menores a los de compresión diagonal con un coeficiente de variación de 19,4 en vez de 9,0 que tienen los ensayos de compresión diagonal [65] [64, pp. 21,92].13 5.3. Propiedades mecánicas de la mampostería de adobe 13 Más información en AID I 45,24 36,16 54,33 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0 20 40 60 80 D is tr ib u ci ó n n o rm al Rango de valores de 𝑓_𝑡_𝐶𝐸_𝑚𝑜𝑟 (kPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ Página | 92 Durante la vida útil de una construcción hecha con mampostería de adobe, los muros están sometidos principalmente a fuerzas de compresión provenientes del peso propio de la estructura. Pero, cuando ocurre un movimiento sísmico, la estructura se ve sometida a un movimiento vibratorio complejo que produce esfuerzos de tracción importantes. Por estos motivos, las propiedades de mayor interés son la resistencia a la compresión y la resistencia a la tracción. La resistencia a la compresión se puede calcular con el ensayo de compresión sobre pilas o muretes. La resistencia a la tracción se puede calcular indirectamente con el ensayo de compresión diagonal de muretes, el ensayo de corte monotónico o el ensayo de corte cíclico. 5.3.1. Resistencia de la mampostería de adobe a la compresión (ensayo de compresión sobre pilas o muretes) La resistencia a la compresión uniaxial de la mampostería de adobe es importante porque mide la máxima fuerza axial por unidad de área que puede soportar la mampostería, en un estado de compresión puro. Se calcula mediante el ensayo de compresión uniaxial sobre especímenes de mampostería (pilas o muretes). Este ensayo está normado en la E.080 en el Perú [26] y estandarizado por la ASTM 1314-12 [1] Debido a la diversidad de normas en cada región, los investigadores utilizan especímenes de diferentes formas y dimensiones como prismas, pilas o muretes [39] [19] (Figura 5. 14). Al respecto, la norma peruana “E.080: Adobe” [26, p. 315] indica que se deben construir pilas con un número entero de unidades de adobe; el número mínimo de adobes debe ser de cuatro y el espesor de juntas debe ser de 20 mm. La pila debe tener una esbeltez aproximada de 3,00 (𝜆 = ℎ/𝑡 ≅ 3,00). El tiempo de secado mínimo después de su preparación es de 30 días. El número de pilas a ensayar es de 3 (Figura 5. 15 a y b). Además, se recomienda usar un capping que sirve para una distribución uniforme de esfuerzos en el espécimen. La ASTM 1314-12 que es el método estándar para el ensayo de compresión uniaxial en prismas de mampostería [1, p. 2], permite el uso de pilas y muretes con una esbeltez de la probeta entre 1,30 y 5,00. Además asigna un factor de corrección a los valores de 𝜆 que difieren de 2,00, valor que viene a ser la esbeltez ideal de la pila. Otras normas como las series DIN de Alemania [66, p. 53], permiten el uso de prismas con 𝜆 ≅ 1,00 y muretes con 3 < 𝜆 < 5. Según la norma BS EN 1052-1:1999 [9, p. 4] que es el estándar británico para el ensayo de compresión en mampostería, se deben usar muretes con una esbeltez de la probeta entre 3,00 y 15,00. (a) (b) (c) Figura 5. 14.- Tipos de especímenes usados en ensayos de compresión de mampostería de adobe: (a) prismas con h/t=1, (b) pilas con h/t >3, y (c) muretes con 3< h/t <5. Fuente: [66, p. 53] El ensayo de compresión consiste en la aplicación de una caga monotónica que comprime a la pila o murete de adobe (Figura 5. 15 c). El valor de la resistencia a la compresión uniaxial de la mampostería de adobe 𝑓𝑚 se calcula dividiendo la carga axial máxima 𝐹max entre el área 𝐴 transversal del especimen 𝑓𝑚 = 𝐹𝑚𝑎𝑥/𝐴. Página | 93 (a) (b) (c) Figura 5. 15.- (a) preparación de 3 pilas de adobe con capping [31, p. 37], (b) esquema del ensayo de compresión de pilas [26, p. 315], y (c) ensayo [29, p. 28]. Los modos de falla de la pila dependen de las dimensiones y las condiciones de borde. Las pilas tienen una esbeltez alrededor de 3,00 no tienen el problema del confinamiento producido por la interacción placa-pila. Sin embargo, el tipo de interacción puede gobernar el modo de falla. Se identificar tres tipos de falla: vertical, diagonal y por exfoliación (Figura 5. 16). (a) (b) (c) Figura 5. 16.- Modo de falla en pilas (a) falla vertical, (b) falla diagonal, y (c) falla por exfoliación. Fuente: [31] Se ha elaborado una tabla de valores de resistencia a la compresión de pilas y muretes de adobe encontrados por diferentes investigadores alrededor del mundo (Tabla 5. 8). Tabla 5. 8.- Resultados de ensayos de compresión uniaxial en pilas y muretes de adobe Item λ hxbxt (mm) Mezcla empleada 𝒇𝒎 (MPa) E (MPa) País Autor 1 5.00 200x390x79 Tierra arcillosa y paja. 0.46-0.82 Perú [28, p. 13] 2 4.50 580x300x130 Tierra arcillosa y paja. 1.64 181-222 Perú [32, p. 15] 3 5.00 - Tierra arcillosa y paja. 0.75-1.20 60-374 Perú [35, p. 17] 4 3.00 535x300x180 Tierra, arena gruesa y paja 0.88 Perú [31, p. 36] 5 2.40 580x380x240 Tierra, arena y paja 0.86 - Perú [33, p. 2] 6 2.40 580x380x240 Tierra, cemento, arena y paja 1.14 Perú [33, p. 2] 7 - - Tierra, arena, paja 1.30 Perú [37, p. 515] 8 1.60 790x500x500 Tierra y agua 2.70-3.80 587- 1071 Alemania [19, p. 83] 9 1.15 115x200x100 Tierra y agua 3.00-3.16 172-227 Alemania [66, p. 54] 10 3.10 310x200x100 Tierra y agua 1.96-2.24 278-630 Alemania [66, p. 54] 11 3.00 300x400x100 Tierra y agua 2.14 88-140 Alemania [66, p. 54] h/a=3 Página | 94 Tabla 5. 8.- Resultados de ensayos de compresión uniaxial en pilas y muretes de adobe Item λ hxbxt (mm) Mezcla empleada 𝒇𝒎 (MPa) E (MPa) País Autor 12 2.65 530x290x200 Tierra y agua 0.88-0.98 82-114 China [39, p. 1453] 13 - - Tierra arcillosa y paja. 1.10 98 Colombia [40, p. 296] 14 - - Tierra y agua 0.72-1.48 46-100 Colombia [41, p. 307] 15 1.00 486x285x280 Tierra y agua 0.21 - México [46, p. 144] 16 - - Tierra y agua 0.98 250 México [45, p. 253] Compresión de la mampostería de adobe histórico Item λ hxbxt (mm) Mezcla empleada σ (MPa) E (MPa) País Autor 17 1.25 690x310x390 Tierra y agua 0.77-1.20 26-40 Italia [67, p. 135] 18 1.13 210x213x238 Tierra y agua 1.12 145-280 Irán [25, p. 257] 19 2.00 200x150x300 Tierra y agua 1.47 - Portugal [20, p. 37] 20 1.70 170x170x100 Tierra arenosa con cal 0.86-1.33 - Portugal [54, p. 131] 21 4.34 1260x1260x290 Tierra y agua 0.33 664 Portugal [55, p. 48] Con estos valores se elaboró el grafico de distribución normal (Figura 5. 17). El valor de⁡𝑓𝑚 varía de 0,21 a 3,80 MPa para adobes contemporáneos; y de 0,33 a 1,47 MPa para adobes extraídos de construcciones históricas. Como se observa, el rango de valores es muy amplio, pero la campana de Gauss ayuda a tener una idea de la confiabilidad de ciertos intervalos. Por ejemplo, un rango con un intervalo de confianza del 68% para adobes contemporáneos es de 0,56 a 2,44 MPa, y para adobes históricos es de 0,62 a 1,40 MPa. Finalmente, el valor promedio en pilas hechas con adobes contemporáneos e históricos es de 1,50 MPa y 1,01 MPa respectivamente. En lo referente a normativas, la norma peruana [26] establece que el valor mínimo de 𝑓𝑚debe ser de 0,2 MPa. [26, p. 315] y la norma alemana 𝑓𝑚>0,3 MPa [68] [66, p. 53]. Figura 5. 17.- Distribución normal de valores de la resistencia a compresión de mampostería de adobe (a) contemporánea e (b) histórica. La curva esfuerzo-deformación 𝜎 − 𝜀 resultante típica tiene la forma de una parábola de segundo grado (Figura 5. 18 a). El módulo de elasticidad 𝐸 de la mampostería de adobe se calcula a partir de la curva fuerza-desplazamiento 𝑃 − 𝐷. A partir de la bibliografía revisada, el valor promedio calculado de 𝐸 es de 260 MPa para mampostería hecha con adobes contemporáneos y de 230 MPa para mampostería hecha con adobes históricos; de esta forma se sustenta el valor típico, más utilizado, de 𝐸 igual a 200 MPa. Por otro lado, el amplio rango de valores encontrados para 𝐸 se debe a la variabilidad de calidad de la mampostería y del método de cálculo utilizado. Los estándares ASTM E111-04 y BS EN 1052-1:1999 dan criterios para el cálculo del módulo de elasticidad. La norma ASTM establece que 𝐸 se calcula como la pendiente de la recta de la parte elástica, antes del limite de proporcionalidad, de la curva 𝜎 − 𝜀 [4, p. 5]. Mientras que la norma BS EN 1052-1:1999 estima 1,50 0,56 2,44 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 D is tr ib u ci ó n n o rm al rango de valores de 𝑓_𝑚 (MPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ 1,01 0,62 1,40 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 D is tr ib u ci o n n o rm al rango de valores de 𝑓_𝑚 (MPa) Series1 μ μ-σ μ+σ Página | 95 𝐸 como la pendiente de la recta que une los puntos correspondientes al inicio y un tercio del esfuerzo maximo [9, p. 8]14. Como dato adicional, el módulo de Poisson aumenta a medida de que el material esté mas esforzado. Se puede tomar como valor medio 0,25 (albañileria) (Figura 5. 18 b). (a) (b) Figura 5. 18.- (a) curva esfuerzo-deformación del ensayo de compresión en mampostería de adobe [18, p. 60], y (b) relación de Poisson en función de la relación esfuerzo/esfuerzo máximo [39, p. 1456]. 5.3.2. Resistencia de la mampostería a la tracción indirecta (ensayo de compresión diagonal de muretes) La resistencia máxima al esfuerzo de tracción indirecta de la mampostería de adobe 𝑓𝑡 es importante porque este valor caracteriza el comportamiento de los muros ante la acción de fuerzas laterales en su plano. Se calcula mediante el ensayo de compresión diagonal de muretes. Éste ensayo está normado en la E.080 en el Perú [26] y estandarizado por la ASTM E519-10 [6]. El espécimen de ensayo consiste en un murete cuadrado de adobe. En el Perú se acostumbra ensayar muretes cuadrados de 0,60 m de lado aproximadamente y con el espesor igual al del bloque de adobe, que está entre los 240 mm (Figura 5. 19 a). La ASTM indica que la longitud de lado no debe ser menor de 1,20 m. El ensayo consiste en la aplicación de una fuerza en compresión 𝐹 en las dos esquinas opuestas del murete cuadrado (Figura 5. 19 b y c). El valor de la resistencia a la tracción indirecta medida con el ensayo de compresión diagonal en muretes 𝑓𝑡_𝐶𝐷𝑀 se calcula dividiendo la carga máxima o carga de rotura⁡𝐹𝑢 entre el área neta 𝐴𝑛 = ((𝑤 + ℎ)/2)𝑡𝑛, donde 𝑤 es el ancho del espécimen, ℎ es el alto, 𝑡 es el espesor del murete y 𝑛 es el porcentaje de área solida con respecto del área total; resultando en la expresión 𝑓𝑡_𝐶𝐷𝑀 = 𝐾𝑛(𝐹𝑚𝑎𝑥/𝐴𝑛⁡). Donde 𝐾𝑛 es el coeficiente de 𝐹𝑢 relacionado con el área neta de corte. Existe discusión acerca del valor de 𝐾𝑛. Al respecto se establece en la norma peruana 𝐾𝑛 = 0,5 [26, p. 515], la ASTM 𝐾𝑛 = 0,707 [6, p. 3], RILEM 𝐾𝑛 = 0,5 [11], y Brignola 𝐾𝑛 = 0,35 [69, p. 67]. 15 14 Más información en [39, p. 1456]: En este documento se calculan los módulos tangente inicial (𝐸_𝑡𝑖), tangente al 50% del esfuerzo máximo (𝐸_𝑡50%), y secante al 50% del esfuerzo máximo (𝐸_𝑠50%). Se encontró que 𝐸_𝑡50% > 𝐸_𝑠50% > 𝐸_𝑡𝑖. 15 Se puede encontrar más información en [69] y [66]. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 Es fu er zo ( M P a) deformacion unitaria (mm/mm) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 re la ci o n d e P o is so n esfuerzo/esfuerzo pico (MPa/MPa) Página | 96 (a) (b) (c) Figura 5. 19.- Ensayo de compresión diagonal de muretes de adobe (a) Preparación de muretes de 600 mm de lado y 25 mm de espesor [64, p. 31], (b) esquema de ensayo [26, p. 315] (c) murete en el dispositivo de aplicación de carga [64, p. 31]. Un factor que influye en este ensayo es el capping que se pone en las esquinas donde se aplicará la carga. El capping es importante porque permitirá una transmisión uniforme de cargas y minimizará concentraciones de esfuerzos en los puntos de aplicación de carga en el murete. La forma de falla estará en función del grado de adherencia que se desarrolle en la interface unidad- mortero. Se tiene cinco tipos de falla: la falla optima, en la que la grieta atraviesa tanto a las unidades como al mortero (Figura 5. 20 a), la falla escalonada que se da a través de las juntas (Figura 5. 20 b), la falla mixta que es una combinación de la óptima y la escalonada (Figura 5. 20 c), falla por deslizamiento que se presenta cuando la junta es muy débil (Figura 5. 20 d), y la falla local en las cabeceras [70, p. 91]. (a) (b) (c) (d) Figura 5. 20.- Tipos de falla en el ensayo de compresión diagonal de muretes de adobe (a) falla óptima, (b) falla escalonada, (c), falla mixta, y (d) falla por deslizamiento. Página | 97 Se elaboró una tabla de valores de resistencia a la tracción indirecta, de muretes de adobe, encontrados por diferentes investigadores alrededor del mundo (Tabla 5. 9). Tabla 5. 9.- Resultados de ensayos a compresión diagonal en muretes de adobe. Ítem Dimensiones Observación 𝑓𝑡_𝐶𝐷𝑀 País Autor (mm) (kPa) 1 600x600x130 Tierra arcillosa y paja. 70 Perú [32, p. 15] 2 600x600x200 Tierra arcillosa y paja. 23 Perú [35, p. 20] 3 800x800x180 Tierra, arena gruesa y paja 19 Perú [31, p. 40] 4 800x800x240 Tierra, arena y paja 110 Perú [33, p. 2] 5 800x800x240 Tierra, cemento, arena y paja 105 Perú [33, p. 2] 6 490x490x210 Tierra y agua 61 Perú [36] 7 675x675x150 Adobes tradicionales con mortero de 15 mm 56 Perú [64, p. 78] 8 675x675x150 Adobes tradicionales con mortero de 5 mm 89 Perú [64, p. 78] 9 675x675x150 Muretes reparados con inyección de grout 65 Perú [64, p. 81] 10 750x750x145 Tierra arcillosa y paja. 28 Colombia [40, p. 296] 11 500x500x115 Tierra y agua 210 Italia [19] 12 - Tierra arenoso con cal 120 Portugal [54, p. 131] 13 1260x1260x290 Tierra y agua 26 Portugal [55, p. 48] Con estos valores se elaboró la campana de Gauss (Figura 5. 21 a). El rango de valores de 𝑓𝑡_𝐶𝐷𝑀 varía desde 13 kPa a 210 kPa. Un rango con un intervalo de confianza del 68% es de 17,25 a 130,86 kPa. El valor promedio de 𝑓𝑡_𝐶𝐷𝑀 es de 74.06 kPa. Al respecto, la norma peruana especifica que un muro de adobe debe tener un valor mínimo de 𝑓𝑡 igual a 61 kPa [26, p. 315]. (a) (b) Figura 5. 21.- (a) Distribución normal de valores de la resistencia a tracción indirecta de la mampostería de adobe. (b) Curva fuerza desplazamiento, P-D, del ensayo de compresión diagonal en muretes de adobe. Las curvas esfuerzo-deformación y fuerza-desplazamiento resultantes de este ensayo se caracterizan por tener forma parabólica de segundo grado (Figura 5. 21 b). El módulo de rigidez (módulo de elasticidad en corte) 𝐺𝑚 se determina, al igual que 𝐸, a partir de la curva fuerza-desplazamiento 𝑃 − 𝐷. Se puede determinar mediante dos métodos: secante y tangente entre el 10 y el 50%. El método de la tangente consiste en trabajar con la parte más lineal de la gráfica 𝑃 − 𝐷, usualmente comprendida entre el 10% y 50% de la carga de rotura 𝑃𝑢. Para ello se debe instrumentar el murete con 2 LVDT de modo que se pueda leer la deformación unitaria en las diagonales, comprimida y traccionada. El procedimiento de cálculo es como sigue: 74,06 17,25 130,86 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0 100 200 300 400 D is tr ib u ci ó n n o rm al Rango de valores de 𝑓𝑡_𝐶𝐷𝑀 (kPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ falla diagonal colapso 0 20 40 60 80 100 0 0,5 1 1,5 2 Fu er za ( kN ) Deformación (mm) Curva P-D falla diagonal colapso Página | 98 𝛥𝑃 = 𝑃50% − 𝑃10%, 𝛥𝑓𝑡 = 𝛥𝑃/𝐴𝑑, 𝛥𝐷 = 𝐷50% − 𝐷10%, εi = 𝛥𝐷/𝐿, 𝛾 = 𝜀1 +⁡𝜀2, finalmente 𝐺𝑚 = 𝛥𝑓𝑡/⁡γ [29, p. 32] [70, p. 93]. Donde 𝑃50%, 𝑃10%, 𝐷50% y 𝐷10%⁡son las cargas y desplazamientos al 50% y 10%; 𝛥𝜎, 𝛥𝑃⁡𝑦⁡𝛥𝐷 son las variaciones de esfuerzo, carga y desplazamiento; 𝜀1 y 𝜀2 son la deformaciones unitaria en las diagonales, L es la distancia entre las bases de un LVDT; 𝛾 es la deformación angular, 𝐴𝑑 es el área de corte diagonal, 𝐺𝑚 es el módulo de rigidez. Por otro lado, el método secante descrito por la ASTM E519 considera el trazo de una línea secante entre el punto inicial y el punto donde se alcanza 𝑃𝑢. El procedimiento de cálculo es como sigue: 𝑓𝑡 = 𝑃𝑢/𝐴𝑑, 𝛾 = (𝛥𝑉 + ⁡𝛥𝐻)/𝐿, 𝐺𝑚 = 𝑓𝑡/⁡γ. Donde 𝛥𝑉 es el acortamiento diagonal vertical (mm), 𝛥𝐻 es el alargamiento diagonal horizontal (mm) [6, p. 3]. 5.3.3. Resistencia al corte lateral monotónico en muros y muretes de mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) La resistencia al corte lateral monotónico 𝜏_𝐶𝑀 es importante porque caracteriza mecánicamente el comportamiento estructural de un muro de mampostería de adobe ante la acción de una fuerza lateral en su plano. Se determina mediante el ensayo de corte monotónico (ECM). El ECM está estandarizado por la ASTM E564 [7] que es el método estándar de ensayo para el cálculo de la resistencia al corte de muros a través de una fuerza lateral estática (monotónica). El espécimen que se usa en este ensayo es un muro de adobe a escala real. En cuanto a la configuración del ensayo, existen dos factores importantes que son las condiciones de contorno y la forma de aplicación de la carga. Las condiciones de contorno se refieren a los grados de libertad que tiene el espécimen. La discusión se centra en la libertad de rotación del extremo superior del muro pudiendo ser un sistema tipo en voladizo (libre rotación) o doblemente empotrado (rotación restringida) [71, p. 1]. Restringir la rotación conduciría a una transmisión de esfuerzos de corte puro y evitaría la falla del talón en la base (por volteo). Por otro lado, si se da libertad de rotación será posible observar los modos de falla que el muro presente ante una carga horizontal [18, p. 72]. Además, la viga de base debe estar fija y tener la suficiente rigidez de modo que durante el ensayo no se presente desplazamiento horizontal ni rotación [18, p. 77] [72, p. 7]. En lo referente a la forma de aplicación de carga se encontró que es común transmitir la fuerza mediante una viga muy rígida ubicada en el borde superior del muro, de modo que ésta transmita los esfuerzos por fricción a la mampostería y evite rotaciones en el muro (Figura 5. 22 a)( [18], [72], [73]). También se encontraron ensayos donde la carga se aplica en la mitad de la altura del muro (Figura 5. 22 b) [72, p. 7]. (a) (b) Figura 5. 22.- Forma de aplicación de carga: (a) carga concentrada en el borde superior, y (b) carga concentrada en el centro del muro. Fuente: [72, p. 7] Página | 99 El ECM consiste en la aplicación de una carga que depende del tiempo 𝑉 = 𝑓(𝑡) , tipo estática, en la parte lateral de un muro de mampostería de adobe (Figura 5. 23 a). Esta carga se debe aplicar escalonadamente, es decir para cada incremento de carga se debe mantener la duración de aplicación al menos un minuto (Figura 5. 23 b). Aproximadamente a dos tercios de la carga ultima se debe retirar la carga y esperar a que el muro se recupere por 5 minutos, luego de eso, se continúan los incrementos de carga hasta medir la carga última [7, p. 2]16. (a) (b) Figura 5. 23.- Ensayo de corte monotónico ECM, (a) esquema del ensayo, y (b) patrón de carga lineal en función del tiempo. Los modos de falla son por deslizamiento, flexión, corte o la combinación de éstas. Además, están directamente influenciados por el lugar de aplicación de la carga, si es en la parte superior o a media altura. Zavala e Igarashi (2005) [74, p. 7] ensayaron cuatro muros sin refuerzo registrándose las fallas que se muestran en la Figura 5. 24. Sin embargo, Los modos de falla no son representativos de un movimiento sísmico; debido a que en un sismo ocurren ciclos de carga. (a) (b) (c) Figura 5. 24.- Tipos de falla en ECM, (a) falla por deslizamiento, (b) corte, y (c) corte y deslizamiento [74, p. 7] El resultado que se obtiene con este ensayo es la curva fuerza-deformación 𝐹 − 𝐷. A partir de esta curva, se obtiene la resistencia al corte lateral monotónico 𝜏_𝐶𝑀, la deformación última y la rigidez lateral inicial. Si se divide la deformación última entre la altura del muro se obtiene la distorsión angular última. Los resultados de este ensayo se tienen que tomar con precaución, porque los valores de resistencia y desplazamiento últimos obtenidos por este método, en general, son mayores a los obtenidos por el ensayo de corte cíclico (ECC). Esto conlleva a que al presentar mayores desplazamientos máximos se estime una degradación de rigidez que es menos severa en el ECM con respecto al ECC [75, p. 7]. 16 El procedimiento completo se encuentra en [7] D es p la za m ie n to ( m m ) Tiempo (min) Página | 100 Con el objetivo de poder comparar los resultados de los ensayos que tienen diferentes geometrías de muro se utiliza el “método de muro equivalente” [29]. El primer paso para aplicar este método es calcular la rigidez del muro real (Figura 5. 25 a). El muro equivalente (Figura 5. 25 b) debe tener la misma rigidez lateral que el muro real. Usando los conceptos de resortes en serie y paralelo, conociendo la geometría de muro (Figura 5. 25 c), y el valor de G, módulo de corte; el procedimiento de cálculo de 𝐾𝑒𝑞 se muestra en la Figura 5. 25 d. (a) (b) (c) (d) Figura 5. 25.- procedimiento para calcular la rigidez equivalente. (a) aportes de rigidez de cada porción del muro, (b) muro equivalente, (c) características geométricas del muro con ventana, y (d) fórmulas de cálculo [29]. Como resultado de igualar las rigideces del muro real y del muro patrón se obtienen las dimensiones del muro equivalente en función de la geometría del muro real. Para ello, se debe predeterminar la longitud 𝑙 y la altura ℎ del muro patrón, de este modo sólo variará el espesor del muro. Este método sirve para convertir muros llenos de diferentes dimensiones (Figura 5. 26 a) y muros con ventanas (Figura 5. 26 c) a muros equivalentes con igual largo y altura que el muro patrón pero de diferente espesor. Las fórmulas de cálculo se muestran en las Figura 5. 26 b y d. (a) (b) 1 𝐾𝑒 = 1 𝐾1 + 1 𝐾2 +𝐾3 + 1 𝐾4 𝐾1 = 𝐺𝑙𝑡 𝑎 𝐾2,3 = 𝐺𝑡(𝑙 − 𝑏) 2𝑑 𝐾4 = 𝐺𝑙𝑡 ℎ − (𝑎 + 𝑑) 𝐾𝑒𝑞 = 𝐺𝑙𝑡(𝑙 − 𝑏) 𝑙ℎ − 𝑏(ℎ − 𝑑) 𝑙𝑒𝑞 = ℎ𝑒𝑞𝑙𝑡 𝑡𝑒𝑞ℎ ℎ𝑒𝑞 = 𝑡𝑒𝑞 ⁡𝑙𝑒𝑞ℎ 𝑙𝑡 𝑡𝑒𝑞 = ℎ𝑒𝑞𝑙𝑡 𝑙𝑒𝑞ℎ Página | 101 (c) (d) Figura 5. 26.- Conversión del muro real al muro patrón, (a) muro lleno, (b) fórmulas de equivalencia para el muro lleno, (c) muro con ventana, y (d) fórmulas de equivalencia para el muro con ventana [29] Se elaboró una tabla de resultados del ensayo de corte lateral monotónico realizados en el Perú (tabla 3.11). Para su comparación, estas curvas se procesaron para un muro patrón de altura 2,40, longitud 2,40 y espesor variable (Tabla 5. 10). Tabla 5. 10.- Dimensiones de muro equivalente en el ECM en muros sin refuerzo (mm) Ítem Altura Largo Espesor Altura eq Largo eq Espesor eq Referencia 1 2300 2450 200 2400 2400 213 [74] 2 1940 2000 145 2400 2400 149 [65] Tabla 5. 11.- Resultados de ensayos de corte monotónico en mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) Ítem Dimensiones F V F H máx K 𝜏_𝐶𝑀 𝜏_𝐶𝑀* 𝛿𝑢/h País referencia Hxlxt (mm) kN kN kN/mm kPa kPa mm/mm 1 2312x2452x203 - - 8,76 25 24 0,004 Perú [74, p. 5] 2 2303x2446x202 - - 9,18 23 22 0,003 Perú [74, p. 5] 3 2313x2461x203 - - 10,18 21 20 0,003 Perú [74, p. 5] 4 1940x2000x145 19,59 19,59 16,90 68 55 0,004 Perú [65, p. 67] 5 1940x2000x145 31,20 31,20 28,36 108 87 0,004 Perú [65, p. 67] 6 1940x2000x145 34,01 34,01 41,85 117 95 0,004 Perú [65, p. 67] 7 1940x2000x145 42,58 42,58 22,15 147 119 0,004 Perú [65, p. 67] 8 1940x2000x145 42,80 42,80 33,63 148 119 0,004 Perú [65, p. 67] F.V: Fuerza vertical, F.H máx: Fuerza horizontal máxima, 𝜏_𝐶𝑀: resistencia máxima del muro original, 𝜏_𝐶𝑀 ∗: resistencia máxima normalizada a un muro patrón, 𝛿𝑢: deformación ultima, h: altura, 𝛿𝑢/h: distorsión última. Con estos valores se elaboró un gráfico de distribución normal (Figura 5. 27). El rango de valores de 𝜎_𝑚𝑎𝑥 varía desde 20 kPa a 119 kPa. Un rango con un intervalo de confianza del 68% es de 24,82 a 110,31 kPa. El valor promedio de 𝜏_𝐶𝑀 es de 67,57 kPa. Por otro lado, la distorsión angular promedio es 0,4 % y la rigidez elástica promedio es 21,38 kN/mm. 𝑙𝑒𝑞 = ℎ𝑒𝑞𝑙𝑡(𝑙 − 𝑏) 𝑡𝑒𝑞(𝑙ℎ − 𝑏(ℎ − 𝑑)) ℎ𝑒𝑞 = 𝑡𝑒𝑞 ⁡𝑙𝑒𝑞(𝑙ℎ − 𝑏(ℎ − 𝑑)) 𝑙𝑡(𝑙 − 𝑏) 𝑡𝑒𝑞 = ℎ𝑒𝑞𝑙𝑡(𝑙 − 𝑏) 𝑙𝑒𝑞(𝑙ℎ − 𝑏(ℎ − 𝑑)) Página | 102 Figura 5. 27.- Distribución normal de valores de la resistencia al corte lateral monotónico de la mampostería de adobe. 5.3.4. Resistencia al corte lateral cíclico en muros y muretes de mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) La resistencia al corte lateral cíclico 𝜏_𝐶𝐶 es importante porque es la propiedad de la mampostería de adobe que más se acerca a caracterizar su comportamiento estructural durante un sismo. Se determina mediante el ensayo de corte cíclico (ECC) en el plano. El ECC está regulado por la norma ASTM E2126 que es el método estándar de ensayo para el cálculo de la resistencia al corte de elementos verticales a través de una fuerza lateral cíclica [5] y también por la norma FEMA 461 [10]. Sin embargo, esta norma es general y no particular para el ensayo de muros de adobe. Añadiendo que existe poca investigación al respecto, los ensayos se realizan sobre diferentes tipos de espécimen y con diferentes configuraciones de ensayo [18, p. 72]. El ECC consiste en la aplicación de una carga pseudo-estática 𝑉 = 𝑓(𝑡), tipo cíclica, en la parte lateral de un muro de mampostería de adobe (Figura 5. 29 a). Esta carga se aplica hasta la pérdida total de rigidez del espécimen o hasta que se llegue a una deriva (Δ/h) determinada. Las variables que intervienen en el ensayo son la geometría del espécimen, la configuración del ensayo, las condiciones de borde y el tipo de carga cíclica aplicada (patrón de carga). A continuación se procederá a discutir cada variable. El espécimen de ensayo es un muro de adobe. Es preferente que se ensaye un muro a escala real para tratar de replicar las condiciones reales ( [73], [40], [52], [37], [41], [76]); sin embargo, también se ensayan sobre muretes ( [77], [56], [18]). Además, En la bibliografía revisada se encontró que se ensayan muros con ventanas [73] (Figura 5. 28). En cuanto a la configuración del ensayo y la forma de aplicación de carga es similar a lo explicado en la sección 5.3.3. (a) (b) (c) Figura 5. 28.- Geometrías de muros utilizados en ensayos de corte cíclico, (a) muros a escala reducida [18, p. 76], (b) muros a escala real [76, p. 40], y (c) muros a escala real con muros transversales [73, p. 56]. 67,57 24,82 110,31 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0 20 40 60 80 100 120 140 D is tr ib u ci o n n o rm al Rango de valores de 𝜏_CM (kPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ Página | 103 El tipo de carga aplicada 𝑉(𝑡) se caracteriza por ser pseudo-estática, es decir, está en función del tiempo. Además debe ser de tipo cíclica para replicar el carácter cíclico de los sismos [75, p. 1046]17. El registro tiempo-historia se divide en fases. Cada fase está asociada con un respectivo pico de desplazamiento⁡𝐷 (amplitud), el cual aumenta en cada fase. Además, cada fase tiene un número determinado de ciclos donde se repite el pico de amplitud (Figura 5. 29 b). La ASTM E2126 regula los patrones de carga cíclica a utilizar. El valor de desplazamiento que se aplique en cada fase debe tomar en cuenta la naturaleza frágil de la mampostería de adobe. Para ello, los desplazamientos en cada fase deben ser los suficientemente pequeños para que se pueda evaluar el comportamiento del muro y no se produzca fallas abruptas [18, p. 73]. (a) (b) Figura 5. 29.- Ensayo de corte cíclico ECC. (a) esquema del ensayo [29, p. 34], y (b) patrón de carga cíclica en función del tiempo [5, p. 10]. Se puede identificar dos tipos de resultados: los cualitativos y los cuantitativos. Los primeros están relacionados al tipo de falla e historia de evolución de grietas en el muro. Mientras que los resultados cuantitativos se derivan a partir de la curva histerética 𝐹 − 𝐷 resultante del ensayo. La respuesta cualitativa de la mampostería de adobe es propia de un comportamiento no lineal para bajos valores de carga aplicada, debido a su baja resistencia a tracción. La aparición de grietas son el producto de los esfuerzos biaxiales que aparecen en el muro, por ello, las restricciones de movimiento, el tamaño del espécimen y la magnitud de las cargas son influyentes en el tipo de falla. Son tres los tipos de esfuerzos inducidos en el ensayo: corte, flexión y compresión. De estos esfuerzos se derivan las respectivas fallas y la combinación entre ellas. Se reconocen cuatro tipos de falla: (1) por corte diagonal, donde la falla atraviesa diagonalmente el muro; (2) falla por corte deslizamiento, donde la falla atraviesa horizontalmente por una junta del muro; (3) falla por flexión, donde que se caracteriza por tener varias fisuras en la zona inferior traccionada del muro; y (4) falla por compresión, donde la falla atraviesa verticalmente el muro y las unidades se agrietan por falta de resistencia18(Figura 5. 30). Adicionalmente hay que anotar el efecto de la carga de pre-compresión que simula el efecto de las cargas permanentes y sobrecargas. Se ha observado que para fuerzas de pre-compresión bajas, la falla predominante es por corte diagonal, que se da por fricción en las juntas de mortero (fallas escalonadas o de corte); y cuando existen altas fuerzas de pre-compresión, la falla predominante es por compresión [78, p. 3521]19. 17 [75] realiza un estudio comparativo de la influencia del tipo de carga en el comportamiento de la mampostería. Aplica cargas dinámicas: monotónica, cíclica y sísmica, a muros de mampostería y evalúa los resultados. 18 Más información en [70, p. 178] y [82, p. 1102] 19 [40] ensaya muros con diferentes esfuerzos de pre compresión Página | 104 (a) (b) (c) (d) Figura 5. 30.- Tipos de fallas ante cargas laterales cíclicas en el plano: (a) corte diagonal [76, p. 42], (b) corte deslizamiento [76, p. 44], (c) flexión [18, p. 81], y (d) compresión [40, p. 298] La respuesta cuantitativa se da mediante el diagrama de histéresis, el cual consiste en la historia fuerza-deformación 𝐹 − 𝐷 del borde superior del muro durante el movimiento cíclico. En cada ciclo se forma un lazo histerético que representa un movimiento de ida y vuelta. Al final del ensayo la envolvente de los lazos hiteréticos, vale decir la unión de fuerzas máximas que alcanzo en cada ciclo, representa la curva 𝐹 − 𝐷 del muro (Figura 5. 31). A partir de la curva de histéresis 𝐹 − 𝐷 se tiene la curva de capacidad fuerza-desplazamiento 𝐹 − 𝐷. De la curva de capacidad se puede obtener el módulo de elasticidad 𝐸, la rigidez lateral 𝐾 de la mampostería, la disipación de energía y la curva esfuerzo-distorsión angular 𝜏 − 𝛿. A partir de la curva 𝜏 − 𝛿. se observa el esfuerzo cortante máximo 𝜎_𝑚á𝑥 y el esfuerzo cortante último 𝜎_𝑢, y sus respectivas distorsiones angulares 𝛿 = 𝛥/ℎ. Donde 𝛥 es el desplazamiento de la parte superior del muro resultado del ensayo y 𝐻 la altura del muro. Figura 5. 31.- Curva histerética, y envolvente [18, p. 82] Página | 105 La resistencia al corte lateral cíclico 𝜏_𝐶𝐶 se calcula como el cociente de la fuerza máxima 𝐹𝑚á𝑥 entre el área de corte 𝐴 = 𝐿⁡𝑥⁡𝑡. La rigidez lateral elástica en corte 𝐾𝑒 según la ASTM E 2126-11 [5] se calcula con la siguiente fórmula: 𝐾𝑒 = 0.4⁡𝐹𝑚á𝑥/𝛥𝑒. Donde 𝐹𝑚á𝑥 es la máxima carga resistida y 𝛥𝑒 es el desplazamiento del borde superior medido a 0.4⁡𝐹𝑚á𝑥. La deriva máxima que es la relación entre el máximo desplazamiento horizontal en el borde superior y la altura del muro 𝛿𝑢/ℎ. En la revisión bibliográfica realizada se encontró que cada investigador utiliza diferentes geometrías de muro. Para uniformizar la variedad de muros ensayados y comparar los resultados se aplicó el concepto del muro equivalente propuesto por Gálvez (2016) [29]. El muro patrón tiene 2.40 m de altura, 2.40 m longitud y ancho variable (Tabla 5. 12). Finalmente en la Tabla 5. 13 se presentan los resultados de varias investigaciones de ECC en muros tradicionales (sin refuerzo) de mampostería de adobe. Tabla 5. 12.- Dimensiones de muro equivalente en ECC en muros sin refuerzo (mm) Ítem Altura Largo Espesor Altura eq Largo eq Espesor eq Referencia 1 1930 3060 300 2400 2400 475 [73] 2 2280 2090 190 2400 2400 174 [76] 3 850 880 180 2400 2400 186 [18] 4 3000 3500 520 2400 2400 607 [41] 5 2500 2000 500 2400 2400 400 [40] 6 1000 1020 185 2400 2400 188 [56] 7 3070 3500 229 2400 2400 261 [79] Tabla 5. 13.- Resultados del ensayo de corte cíclico en mampostería de adobe tradicional (sin refuerzo) Item dimensiones F V F H máx K 𝜏_𝐶𝐶 𝜏_𝐶𝐶* 𝛿_𝑢/h País referencia hxlxt kN kN kN/mm kPa kPa mm/mm 1 1930x3060x300 38,42 - 58,55 42 36 0,015 Perú [73, p. 61] 2 2280x2090x190 - 9,82 9,76 25 24 0,004 Perú [76, p. 45] 3 850x880x180 30,00 10,62 11,90 67 24 0,008 Perú [18, p. 82] 4 850x880x180 30,00 11,53 12,14 73 26 0,007 Perú [18, p. 82] 5 850x880x180 30,00 10,52 12,25 67 24 0,007 Perú [18, p. 82] 6 3000x3500x520 67,00 47,41 9,65 26 33 0,004 Colombia [41, p. 310] 7 3000x3500x520 67,00 42,41 14,22 23 29 0,006 Colombia [41, p. 310] 8 3000x3500x520 67,00 37,22 9,79 21 26 0,004 Colombia [41, p. 310] 9 2500x2000x500 70,00 25,00 48,93 25 26 0,0004 Colombia [40, p. 299] 10 1000x1020x185 2.86 3,26 38,79 17 7 0,004 Portugal [56, p. 9] 11 3070x3500x229 19.61 57,84 111,65 72 92 0,001 Portugal [79, p. 4.10] 12 1295x1050x240 80,00 - - - - 0,008 Rep. Checa [77, p. 29] F.V: Fuerza vertical, F.H máx: Fuerza horizontal máxima, 𝜏_𝐶𝐶 resistencia máxima del muro original,⁡𝜏_𝐶𝐶*: resistencia máxima normalizada a un muro patrón, 𝛿𝑢: deformación ultima, h: altura, 𝛿𝑢/h: distorsión última. Con estos valores se elaboró un gráfico de distribución normal (Figura 5. 32). El rango de valores de 𝜏_𝐶𝐶 varía desde 7 kPa a 92 kPa. Un rango con un intervalo de confianza del 68% es de 10,22 a 52,87 kPa. El valor promedio de 𝜎_𝑚á𝑥 es de 31,55 kPa. Por otro lado, la distorsión angular promedio es 0,6 % y la rigidez elástica promedio es 30,69 kN/mm. Página | 106 Figura 5. 32.- Distribución normal de valores de la resistencia a corte lateral cíclico de la mampostería de adobe. 5.4. Influencia de las propiedades del suelo en la resistencia de la mampostería de adobe 5.4.1. Selección del criterio para la evaluación de suelos La elección del tipo de suelo está en función de las propiedades que tenga éste para mejorar la resistencia de la mampostería de adobe. Se ha visto que en general la resistencia de la mampostería es menor que la resistencia de los bloques de adobe, y del mortero. Esto se explica porque el comportamiento estructural de la mampostería es muy diferente al comportamiento de sus componentes. Se podría decir que cuando se ensayan los componentes individualmente, éstos se comportan como cuerpos uniformes. Sin embargo, en la mampostería, durante un ensayo, la interacción entre sus componentes es la que define su comportamiento estructural. Esto se puede verificar en los modos de falla observados. Es común que la mampostería falle por las juntas, y esto debido a que no se comporta como un cuerpo uniforme, sino, como un cuerpo compuesto por elementos que interactúan, y en esta interacción, las interfaces son críticas, especialmente la unión entre el mortero y adobe. El valor de la fuerza adherente entre ambos componentes es menor incluso que el valor de las resistencias a tracción de cada componente. Por ejemplo, la resistencia a la tracción en adobes varía de 100 a 450 kPa, en morteros de 230 a 1000 kPa, pero la resistencia de la adherencia mortero-bloque varia de 36,16 kPa a 54,33 kPa. Por ende, se deduce que la resistencia al corte de la mampostería no está controlada por la resistencia a tracción de las unidades de adobe sino que está controlada por la resistencia en las juntas. Finalmente, el tipo de suelo se elegirá en función de lograr la mejor adherencia entre el bloque y el mortero [65]. 5.4.2. Características químicas y mineralógicas En la investigación de Vargas N, el al. (1983) [65] se realizaron análisis químicos y mineralógicos a 6 diferentes tipos de suelos del Perú para determinar la influencia de estos componentes (químicos) en la resistencia al corte de la mampostería. Estos ensayos se pueden dividir en dos etapas. La primera estudia la influencia de la cantidad de los componentes químicos, la materia orgánica y del PH asociado, en la resistencia. Los principales componentes encontrados son el óxido de silicio (𝑆𝑖𝑂2), óxido de hierro (𝐹𝑒2𝑂3), óxido de aluminio (𝐴𝑙2𝑂3), óxido de calcio (𝐶𝑎𝑂) y óxido de magnesio (𝑀𝑔𝑂) en porcentajes que varían según el tipo de suelo. En cuanto a la materia orgánica, variaron de 6 a 13%. El PH asociado varió de 6.70 a 7.95. Ante estas condiciones, no se encontró correlación de los componentes químicos con la resistencia al corte de la mampostería. Sin embargo, a largo plazo, la materia orgánica se someterá a un proceso de descomposición, y, por esto, generará vacíos en la mampostería debilitando y reduciendo la resistencia [80]. 31,55 10,22 52,87 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0 50 100 150 D is tr ib u ci ó n n o rm al Rango de valores de 𝜏_𝐶C (MPa) Distribución normal μ μ-σ μ+σ Página | 107 La segunda etapa estudia la influencia de la cantidad y tipo de minerales de arcilla presentes en los suelos en la plasticidad y la resistencia al corte. Estos datos se obtienen a partir del ensayo de difracción de rayos X en la fracción arcillosa del suelo. Los minerales de arcilla predominantes son la ilita, esmectita y caolinita. Se observó que los suelos que tenían mejor resistencia a compresión diagonal poseían picos fuertes de minerales arcillosos, mientras que los suelos de menor resistencia tenían pocos o nulos picos de minerales arcillosos. Se concluye que no existe fuerte influencia en el tipo de minerales presentes. Sin embargo, sí incide la cantidad de minerales presentes tanto en la plasticidad como en la resistencia al corte del suelo, pero esta relación no está bien definida [65, p. 21]. 5.4.3. Características físicas Las principales características físicas son la granulometría, los límites de Attemberg, la contracción de secado, y la consistencia estándar. La influencia de la granulometría se puede dividir en tres campos: influencia del contenido de arcilla, limo y arena. En cuanto al primero, existe una relación negativa entre el contenido de arcilla y la resistencia, a más arcilla menos resistencia (Figura 5. 33 a). Esto se puede explicar considerando que la arcilla es el material que da plasticidad a los materiales, proporciona la adhesión entre el mortero y el adobe; pero también, produce la contracción por secado en los bloques y en el mortero. La diferencia de rigideces y contracciones provoca microfisuración en las juntas debilitándolas. La influencia de la cantidad de limo en la resistencia de la mampostería no es muy notoria (Figura 5. 33 b). Se concluye que el contenido de limo no tiene mayor significado. La influencia de la cantidad de arena no está bien definida (Figura 5. 33 c). Sin embargo, la cantidad de arena gruesa (#4>arena gruesa>#40) si presenta mejor correlación con la resistencia de la mampostería (Figura 5. 33 d). Esto se puede explicar porque la arena gruesa controla la contracción de secado en el mortero [65, p. 15]. (a) (b) (c) (d) Figura 5. 33.- relación entre el contenido de los componentes de la mampostería y la resistencia a la compresión diagonal, (a) arcilla, (b) limo, (c) arena, y (d) arena gruesa [65]. 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 Es fu er zo ( kP a) Cantidad de arcilla (%) 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 Es fu er zo ( kP a) Cantidad de limo (%) 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 Es fu er zo ( kP a) Cantidad de arena (%) 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 Es fu er zo ( kP a) Cantidad de arena gruesa (%) Página | 108 Los límites de Attemberg son el límite líquido (LL), el límite plástico (LP), y el límite de contracción (SL). A partir de estos datos, se calcula el límite de plasticidad (PI=LL-PL). Según Vargas N, el al. (1983) [65, p. 15] no existe relación entre los límites de Attemberg y la resistencia a compresión diagonal de la mampostería (Figura 5. 34 a). Hay que anotar, además, que el índice de plasticidad no refleja la plasticidad real del suelo, ya que, para su determinación sólo se utiliza el material más fino que pasa por la malla #40 y no todo el suelo, dejando de lado partículas más gruesas. Sin embargo, se observa que el suelo con el menor límite líquido presenta la resistencia seca más baja. En general, el límite líquido de los suelos debe estar comprendido entre 20 y 40 %; por debajo de 20 %, el suelo es no cohesivo, y por encima de 40 el suelo presentará un comportamiento deficiente ante la humedad; además, se recomienda que el límite plástico sea menor de 20 % [80]. Por otro lado, no se encontró una relación entre el límite de contracción de un suelo con la resistencia de la mampostería. Pero si existe una buena correlación entre la capacidad de contracción volumétrica y el índice de plasticidad (Figura 5. 34 b). (a) (b) Figura 5. 34.- Influencia del indice de plasticidad en (a) el esfuerzo a la compresión diagonal, y (b) la contraccion del bloque [65]. La capacidad de contracción volumétrica de los suelos se calcula directamente midiendo los bloques de adobe después del secado. En Vargas N, et al (1983) [65, p. 17] se concluye que a mayor capacidad de contracción de los suelos, menor será la resistencia de la mampostería de adobe y viceversa (Figura 5. 35 a). Por este motivo, la microfisuración que se da en la interface bloque-mortero, debida a la contracción, es uno de los principales factores que inciden en la resistencia de la mampostería. (a) (b) Figura 5. 35.- Influencia de (a) la contracción volumétrica, y (b) el contenido de humedad del mortero, en la resistencia a la compresión diagonal de la mampostería [65]. La consistencia estándar es una característica propia del suelo que se define como el contenido de agua óptimo que debe tener para que permita una adecuada trabajabilidad. Se vio que suelos con 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 Es fu er zo ( kP a) Índice de plasticidad (%) 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 C o n tr ac ci ó n ( % ) Índice de Plasticidad (%) 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 Es fu er zo ( kP a) Contracción volumétrica (%) 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 Es fu er zo ( kP a) Humedad del mortero (%) Página | 109 plasticidad baja o moderada requieren entre el 19 al 20% de contenido de agua; mientras que, suelos con plasticidad alta requieren hasta el 25% de contenido de agua para obtener la consistencia estándar. Por otro lado, los suelos más resistentes tienen menos contenido de agua y viceversa (Figura 5. 35 b). Esto se explica porque la cantidad de agua requerida por el mortero es una función de la plasticidad del suelo, y, como ya concluimos antes, a mayor cantidad de arcilla (elemento plastificante) menor será la resistencia que logre la mampostería de adobe. 5.4.4. Proceso de secado de la mampostería de adobe Se observó que este proceso de secado tiene dos etapas. La primera, se caracteriza por una pérdida muy rápida de humedad. La segunda, se caracteriza por una pérdida lenta y constante hasta llegar a la estabilización del contenido de agua (Figura 5. 36). Figura 5. 36.- Evolución del porcentaje de humedad en el tiempo en los bloques y en el mortero [65] La primera etapa se da en las primeras 10 horas después del asentado. Es cuando se producen la mayor cantidad de fisuras en el mortero. Esto se da por absorción provocada por los bloques de adobe, y, sobretodo, del bloque inferior fomentada por la acción de gravedad que hace que el agua discurra hacia abajo. Por este motivo, la mayor cantidad de fisuras se ubican en la interface superior mortero adobe, debido a que pierde mayor cantidad de agua que la interface inferior. La segunda etapa se caracteriza por la evaporación del agua hacia el exterior. El proceso de secado sigue hasta que el contenido de humedad (𝑤) del mortero se estabilice. Este valor (𝑤) se aproxima al límite de contracción del material y después de un mes es aproximadamente igual a 3%. Sin embargo, el valor de la resistencia de la mampostería alcanza ya valores altos desde los 2 a 3 días del asentado. En la investigación de Vargas N, et al (1983) [65, p. 10] se estudió la evolución de las fisuras que aparecen en el mortero confinado por el adobe. El ensayo consistió en hacer emparedados de adobe, y abrirlos cuidadosamente a diferentes edades. En un recuadro de 100 mm de lado se midió el espesor de la fisura máxima y el numero fisuras que cruzan dos líneas perpendiculares ubicadas dentro del recuadro (Figura 5. 37 a y b). Resulta que las fisuras se forman principalmente en la primera etapa de secado. 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 60 H u m ed ad ( % ) Tiempo (horas) Tendencia bloque Tendencia mortero Bloque Mortero Página | 110 (a) (b) Figura 5. 37.- Evolución de las fisuras en el tiempo para suelos sin aditivos en (a) número, y (b) ancho [65]. Para mitigar los efectos de la perdida de agua es necesario humedecer los bloques de adobe antes del asentado. Esto reduce la absorción del agua del mortero. Se observó que al humedecer la base del adobe, en una capa de agua de 10 mm durante 10 minutos, la resistencia de la mampostería puede aumentar hasta en un 80 % (Figura 5. 38). Figura 5. 38.- Efecto del tiempo de remojo antes del asentado en la resistencia En cuanto a la consistencia inicial del mortero, se observó que morteros elaborados con bajas cantidades de agua, llámese morteros secos, logran mayor resistencia que los morteros con mayor contenido de agua. Esto debido a que pierden poca cantidad de agua y su proceso de secado es lento reduciendo la cantidad y ancho de fisuras. Por este motivo, se recomienda trabajar con morteros secos pero trabajables. 0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 40 50 N ú m er o d e fi su ra s Tiempo (horas) 0 1 2 3 4 0 10 20 30 40 50 A n ch o d e fi su ra s (m m ) Tiempo (horas) 0 10 20 30 40 50 0 5 10 15 20 Es fu er zo ( kP a) Tiempo de remojo (minutos) Página | 111 5.6. Efectos de la adición de aditivos a la mampostería de adobe 5.6.1. Adición de arena gruesa En la investigación de Vargas N, el al. (1983) [65] con el objetivo de restringir la contracción por secado de la mampostería de adobe, se añadió arena gruesa en diferentes proporciones a suelos seleccionados. La arena, utilizada como aditivo, tuvo partículas comprendidas entre 4.75 mm (malla #4) y 0.60 mm (malla #30). El fenómeno se investigó añadiendo arena gruesa sólo al bloque de adobe, sólo al mortero y a ambos simultáneamente. En primero lugar, se añadió arena a los bloques de adobe en diferentes porcentajes (Figura 5. 39). Se observa que la resistencia a compresión de los bloques decrece a medida que se aumenta el porcentaje de arena gruesa. Figura 5. 39.- Efecto de la adición de la arena gruesa en la resistencia a compresión del bloque de adobe Sin embargo, la adición de arena incide positivamente en la resistencia de la mampostería de adobe (Figura 5. 40 a y b). Ya que ayuda a restringir la contracción por secado. De esta manera, reduce la microfisuración que ocasiona la pérdida de adhesión entre el mortero y los bloques de adobe [65, p. 27]. La resistencia máxima se alcanza con un contenido de arena óptimo que esta alrededor del 60 al 65% en peso. Pero si se agrega más arena a partir de este valor óptimo, la resistencia de la mampostería decrece. Esto pasa porque al agregar más arena se reduce la cantidad de arcilla que es el material plastificante que une a los bloques y al mortero. (a) (b) Figura 5. 40.- Variación de la resistencia con el tiempo, (a) tracción indirecta, y (b) corte puro. Con la adición de arena gruesa en proporciones razonables se reduce el número y se controla el ancho máximo de las fisuras en la interface bloque-mortero (Figura 5. 41). 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 20 40 60 80 100 Es fu er zo ( kP a) Arena gruesa (%) 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 Es fu er zo ( kP a) Arena gruesa (%) Adición de arena gruesa sólo al mortero Adición de arena gruesa al adobe y al mortero 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 Es fu er zo ( kP a) Arena gruesa (%) Adición de arena gruesa al adobe y al mortero Adición de arena gruesa sólo mortero Página | 112 (a) (b) Figura 5. 41.- Evolución de las fisuras con el tiempo en (a) número, y (b) tiempo. La explicación a lo anterior pasa porque (1) la arena reduce la microfisuración y (2) la arena reduce la cantidad de agua necesaria para la consistencia estándar y el tiempo de secado del mortero. Por consiguiente, menos agua se evapora, menos vacíos y menos fisuras se forman, y la resistencia aumenta (Figura 5. 42). El valor de la resistencia puede aumentar hasta en un 43% con adición de arena gruesa en cantidades razonables (15 a 25 %). Hay que recordar que la cantidad de arena total permitida por la norma E.080 [26] es de 55 a 70%. (a) (b) Figura 5. 42.- Variación de la (a) humedad y (b) la resistencia a tracción indirecta con el tiempo 5.6.2. Adición de paja La paja es otro aditivo que se utiliza bastante en la construcción de casas de adobe en el Perú. Se tiene la costumbre de adicionar paja al bloque de adobe para mejorar la resistencia. Sin embargo, se agrega poco o no se agrega al mortero. Vargas N, et al. (1983) [65] estudió los efectos de adicionar paja al mortero de un suelo común. Se estudian dos tipos de paja: ichu en trozos de 100 mm y césped en trozos de 50 mm, en ambos casos en condiciones secas. Luego, se adicionó la paja como aditivo al mortero en diferentes proporciones, de 0.5% a 4% en peso. En general, se incrementó más la resistencia a la tracción de la mampostería de adobe con la adición de ichu con en relación al césped (Figura 5. 43). El límite de paja a utilizar es la trabajabilidad del mortero; además, en estas condiciones adicionar más paja ya no incrementa significativamente la resistencia. 0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 40 50 60 N u m er o d e fi su ra s Tiempo (horas) sin aditivo con arena gruesa 0,0 1,0 2,0 3,0 0 10 20 30 40 50 60 A n ch o d e fi su ra ( m m ) Tiempo (horas) sin aditivo con arena gruesa 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 Es fu er zo ( kP a) Tiempo (dias) Suelo sin aditivos Suelo-arena 1:1 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 Es fu er zo ( kP a) Tiempo (dias) con arena gruesa sin aditivo Página | 113 (a) (b) Figura 5. 43.- Incidencia del porcentaje en peso de fibras en la resistencia a tracción de la mampostería. (a) Contenido de paja vs tracción indirecta. (b) Contenido de paja vs esfuerzo de compresión diagonal [65]. La resistencia a la compresión diagonal cuando se adiciona paja se incrementa hasta en un 100%, y cuando se adiciona sólo arena gruesa se incrementa en un 60% (Figura 5. 44). También se estudió el efecto de adicionar paja y arena simultáneamente como aditivos del mortero. Con la adición de sólo paja o sólo arena se alcanzó mayores resistencias que con la adición de paja y arena. En general, cuando se utilizan ambos aditivos simultáneamente no se aporta nada especial a la mezcla y, por el contrario, se contribuye a reducir la cantidad de arcilla presente, disminuyendo la resistencia de la mampostería por la pérdida de adhesión. Figura 5. 44.- Curvas esfuerzo deformación de ensayos monotónicos sobre muros con aditivos 5.6.3. Adición de otros aditivos En la investigación de Vargas N, et al. (1983) [65] se vio el efecto de añadir sólo un aditivo al mortero: carbonato de sodio, cal, cemento o estiércol. Se concluyó que la adición de carbonato de sodio es efectiva para incrementar la resistencia a compresión de los suelos. La razón es porque el aditivo proporciona mayor dispersión en la arcilla. La adición de cal, hasta 20% en peso, tuvo efectos negativos en la resistencia a la tracción indirecta de la mampostería. Para el caso del cemento, la resistencia se incrementa hasta en un 60%. Sin embargo, esto sucede para adiciones de más del 10% lo que lo hace antieconómico. El estiércol resulta un aditivo interesante porque incrementó hasta en 100 % la resistencia a la tracción indirecta; esto se explica por la contribución de las fibras en la contracción por secado (Figura 5. 45). Sin embargo, por su naturaleza orgánica sería peligroso a largo tiempo; ya que, al descomponerse dejaría vacíos que reducirían la resistencia de a mampostería. 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 5 Es fu er zo ( kP a) Contenido de paja (%) Tendencia césped Tendencia ichu Césped de 50 mm Ichu de 100 mm 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 Es fu er zo ( kP a) Contenido de paja (%) Tendencia césped Tendencia Ichu Césped de 50 mm Ichu de 100 mm 0 50 100 150 200 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 Es fu er zo =V /A ( M P a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Sin refuerzo, sólo suelo (Vargas N, et al 1983) Sin refuerzo, con arena gruesa 1 (Vargas N, et al 1983) Sin refuerzo, con arena gruesa 1 (Vargas N, et al 1983) Sin refuerzo, con ichu 1 (Vargas N, et al 1983) Sin refuerzo, con ichu 2 (Vargas N, et al 1983) Página | 114 Figura 5. 45.- Curvas esfuerzo deformación de ensayos monotónicos sobre muros con aditivos 2 [65] En el trabajo de Vargas N (1979) [81] se estudió el efecto de añadir al mortero los siguientes aditivos: cemento-arena, cemento-yeso-arena, cemento-cal-arena, yeso-barro. Con morteros de cemento-arena es posible incrementar hasta en un 300% la resistencia al corte (con relación a los morteros de barro). Los morteros de cemento-yeso o cal-arena producen resistencias dos veces y media mayores que las de muros con mortero de barro. El mortero de yeso y barro no tiene mayores beneficios. Se elaboró un gráfico con las resistencias al corte máximas alcanzadas con el empleo de los diferentes aditivos; además se compara con la resistencia promedio de los morteros de barro que oscila entre 20 y 45 kPa (Figura 5. 46). Figura 5. 46.- Resistencias máximas a corte lateral monotónico de muros de adobe hechos con de morteros con diferentes aditivos [65] [81]. 0 10 20 30 40 50 60 0% 5% 10% 15% 20% Es fu er zo ( kP a) Contenido en peso (%) Cal Cemento Estiercol 0 10 20 30 40 50 60 70 cemento y arena cemento, yeso y arena cemento, cal y arena yeso y barro cal estiercol Es fu er zo ( kP a) Tipo de aditivo rango de valores demortero de barro sin aditivo Resultados de ensayos Página | 115 5.8. Conclusiones En este capítulo se estudiaron las propiedades mecánicas de la mampostería de adobe y de sus componentes y cómo calcularlas mediante ensayos de laboratorio. Además, se estudió la influencia de las características del suelo en las propiedades mecánicas. Finalmente, se estudió el efecto de adicionar aditivos a la mampostería de adobe. Las conclusiones más importantes de este capítulo son las siguientes:  Las propiedades mecánicas más importantes de la mampostería de adobe son la resistencia a la tracción y a la compresión  La resistencia a la tracción entre el mortero y el adobe es la propiedad mecánica que rige el comportamiento estructural de la mampostería de adobe frente a sismos.  La arcilla es el componente más importante del material tierra porque proporciona la capacidad adherente a la mampostería pero también causa la microfisuración en las juntas  La microfisuración en las juntas es controlada con aditivos como la arena y la paja Página | 116 Bibliografía [1] ASTM C1314-12, Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms, West Conshohocken, United States: ASTM Internacional, 2012. [2] ASTM C 496/C 496M-04, Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete Specimens, West Conshohocken, United States: ASTM Internacional, 2004. 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Página | 122 CAPÍTULO 6.- REFORZAMIENTO SÍSMICO DE LAS VIVIENDAS HECHAS CON MAMPOSTERIA DE ADOBE Reforzamiento externo con malla plástica [1] Página | 123 CAPÍTULO 6. REFORZAMIENTO SÍSMICO DE LAS VIVIENDAS HECHAS CON MAMPOSTERIA DE ADOBE Se observó que las viviendas vernáculas de adobe tienen un comportamiento frágil frente los sismos. Para sismos leves y moderados, las viviendas se empiezan a agrietar por la baja resistencia al corte y tracción que tiene la mampostería de adobe. Existen muchas experiencias catastróficas que han cobrado bastantes vidas humanas a causa del colapso de las viviendas de adobe. Sin embargo, las personas que viven en zonas rurales andinas siguen construyendo en adobe debido a que la tierra, que es el material base, se puede encontrar en todos lugares, la construcción es económica, tradicional y accesible. Dadas estas condiciones, una solución es mejorar esta tecnología de construcción para que ante eventos sísmicos las viviendas de adobe tengan un mejor desempeño sísmico. Es así que se hicieron muchos esfuerzos alrededor del mundo para mejorar esta tecnología. Los objetivos del reforzamiento son dos: mejorar la resistencia a la tracción de la mampostería de adobe y proporcionar confinamiento de modo que se asegure la estabilidad global del muro. A continuación se mostrarán los refuerzos sísmicos para viviendas de adobe, desarrollados en varias universidades. Se subdividen en cuatro grupos: refuerzos con matriz interna, con mallas externas, con elementos de pre-compresión, y con elementos confinantes en los bordes. En cada grupo de refuerzo se indicará: (1) cómo es el sistema estructural reforzado, (2) de qué manera aporta el refuerzo. En cada tipo de refuerzo se indica (3) cuáles son las características de los materiales utilizados, (4) cuál es el proceso constructivo, (5) qué resultados se tiene de los ensayos de laboratorio, y (6) qué tan difundida es esta tecnología. 6.1. Refuerzo de muros con una matriz de refuerzos horizontales y verticales internos. El reforzamiento consiste en integrar el muro de adobe con una matriz interna de refuerzos verticales y horizontales. Los refuerzos verticales están colocados en el centro del muro y fijados a la cimentación y a la viga collar en ambos extremos. Los refuerzos horizontales están entretejidos entre sí y confinan a los verticales (Figura 6. 1). Los refuerzos deben estar unidos entre sí y con los otros elementos estructurales (cimentación, viga, collar, muros trasversales) [2, p. 13]. Esta unión provee una matriz estable al muro. En un movimiento sísmico, el refuerzo vertical ayuda a mantener la estabilidad del muro fijándolo a la cimentación y a la viga collar. Contribuye con la resistencia a la flexión debido a acciones fuera del plano y con la resistencia al corte en el plano. Mientras que el refuerzo horizontal ayuda a transmitir las cargas perpendiculares, que originan flexión en un muro, a los muros transversales. De modo que estas fuerzas se convierten en acciones coplanares que pueden ser resistidas de mejor manera por los muros. Además, estos refuerzos controlan la propagación de fisuras [2, p. 13]. Como refuerzos internos se pueden utilizar diferentes materiales con una buena resistencia a la tracción. A continuación se detallarán los refuerzos internos de caña, polímeros reforzados con fibra (FRP) y de tubos de policloruro de vinilo (PVC). Página | 124 Figura 6. 1.-Esquema de refuerzo con matriz de caña interna [3] 6.1.1. Refuerzo con caña Como refuerzo interno se utilizó la caña, nombre genérico que engloba a muchas especies de gramíneas o poáceas (bambúes). Entre las más conocidas están la caña brava, caña de Guayaquil, carrizo, bambú y guadua. Pueden ser de sección llena o hueca. Todas estas se caracterizan por tener una gran dureza en su estado seco. La resistencia a tracción paralela a la fibra varía entre 100 MPa y 265 MPa; la resistencia a compresión paralela a la fibra es de 48 MPa promedio. La resistencia a la compresión perpendicular a la fibra promedio (esfuerzo máximo radial) es de 5 MPa [4, p. 15]. Las características varían de acuerdo al tipo de especie (Tabla 6. 1). La resistencia a la tracción de la caña brava puede llegar a ser hasta tres veces más resistente que los tubos de PVC [5]. Tabla 6. 1.- Propiedades de diferentes tipos de caña referencia Tipo de caña Longitud (m) Diámetro (mm) 𝑓 𝑠 (MPa) E (GPa) [6, p. 38] Caña Guayaquil entera 40 100-400 133 15 [6, p. 38] Caña Guayaquil sin pulpa 40 100-400 177-186 22-25 [6, p. 38] Carrizo 6 13-38 108-113 13-17 [7, p. 27] Carrizo - - 100 - [6, p. 38] Caña brava - 25 129-265 25-41 [5] Caña brava - - 23-34 - [4, p. 14] Bambú - - 132 17 Constructivamente la colocación del refuerzo debe ser planificada. Primero, las unidades de adobe deben tener fabricación especial, ya que la caña pasará por el centro del adobe, una cantidad de adobes deben estar moldeados en gaveras especiales de modo que tengan una abertura semicircular en un extremo (Figura 6. 2 a). Considerando todas las disposiciones se deben fabricar adobes llenos y con abertura, cuadrangulares y rectangulares (Figura 6. 2 b). Página | 125 (a) (b) Figura 6. 2.- Fabricación de bloques de adobe con abertura para el refuerzo vertical de caña (a) gaveras especiales [6, p. 48], y (b) adobes cuadrados, rectangulares y llenos [8, p. 5] Los refuerzos verticales deben estar fijos al cimiento y a la viga collar. Para ello, antes del vaciado de la cimentación se deben colocar y fijar las cañas (Figura 6. 3 a). El refuerzo horizontal consiste en cañas horizontales, abiertas aplastadas, colocadas cada cuatro capas y atadas a los refuerzos verticales con alambre, nylon o rafia (Figura 6. 3 b). Además, los encuentros en las esquinas de la caña horizontal deben ser entretejidos y amarrados también con alambre, nylon o rafia. Se debe asegurar que tanto debajo como sobre la caña chancada, haya el suficiente mortero para garantizar una adecuada adhesión con la fila de abobes siguiente [9, p. 11]. En tanto, la viga collar debe de ser resistente y continua para que confine los muros de adobe. Puede estar hecha con maderas de eucalipto o concreto (Figura 6. 3 c). Además de servir como soporte del techo [10, p. 4]. (a) (b) (c) Figura 6. 3.- construcción del muro reforzado con matriz interna (a) fijación del refuerzo vertical a la cimentación [8, p. 6], (b) construcción del muro, y (c) fijación de la viga collar [10, p. 4] En la investigacion de Madueño (2005) [5], se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) en el plano de un muro con refuerzo de caña interna y un muro sin refuerzo. El esfuerzo máximo del muro no reforzado fue de 42 kPa, mientras que del reforzado fue de 71 kPa, incrementandose en 70% la capacidad resistente. Además, se observó que tiene la matriz de caña permitió que el muro no pierda la unidad (Figura 6. 4) Página | 126 (a) (b) Figura 6. 4.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con caña interna, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. Este tipo de refuerzo fue utilizado en El Salvador [8] [11] [12] [13] y Perú [14] [10] [2] [15] [16] 6.1.2. Refuerzo con polímeros reforzados con fibra (FRP) Como refuerzo interno, horizontal y vertical se utilizó polímero reforzados con fibra. Este material está compuesto por dos fases: la matriz (polímero) y las fibras (Figura 6. 5 a). Las matrices más comunes para la producción de FRP son las resinas termoestables. Mientras que las fibras más comunes son de vidrio (GFRP), carbón (CFRP) y arámida. En conjunto, las fibras proporcionan la capacidad de carga como la rigidez (Figura 6. 5 b), mientras que la matriz es necesaria para asegurar una trasmisión uniforme de esfuerzos y de proteger a las fibras del medio ambiente [17, p. 51]. El FRP es un material anisótropo ya que su resistencia depende de la dirección de las fibras. El esfuerzo a tracción de los GFRP es del orden de 760 MPa y el módulo de elasticidad del orden de 40,7 GPa. Teniendo una resistencia a tracción superior a la del acero. Estas barras se encuentran disponibles en diámetros desde 6 mm a los 32 mm.20 (a) (b) Figura 6. 5.- Polímeros reforzados con fibras, (a) esquema matriz-fibra, y (b) relación esfuerzo deformación [17, p. 48 y 52]. El proceso constructivo es similar al detallado en 6.1.1 (Figura 6. 6 a). En la investigación realizada por Villa García, et al. (2004) [18] se utilizó como refuerzo horizontal GFRP de 9.5 mm de diámetro nominal, mientras que para el refuerzo vertical de 9.5 mm y 12.7 mm. Además, las barras se moldearon alrededor de una barra helicoidal y también se recubrieron con arena para mejorar la adherencia. Se construyeron tres módulos a escala reducida reforzados con: GFRP, caña y otro sin refuerzo. 20 Más información sobre las propiedades de los FRP se encuentran en [17] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ caña (Madueño, 2005) Sin refuerzo (Madueño, 2005) Página | 127 (a) (b) (c) Figura 6. 6.- reforzamiento interno con GFRP. (a) Módulo reforzado con GFRP, y (b) estado del módulo reforzado con GFPR, y (c) comparación de los módulos F2 reforzado con GFRP, C reforzado con caña, y T sin refuerzo [18] Tras el ensayo de simulación sísmica (ESS), el módulo reforzado con barras GFRP colapsó (Figura 6. 6 b). Se evidenció que existe muy poca compatibilidad e integración entre los GFRP y la mampostería de adobe, esto debido a la baja adherencia desarrollada. Es más, una vez que se desunieron los adobes con las barras GFRP, éstas golpearon a los adobes durante el movimiento desestabilizándolos aún más. Por otro lado, el módulo sin refuerzo fue el que colapsó primero, mientras que el módulo con refuerzo con caña interna fue el más resistente. Se concluye que en futuras investigaciones este método de refuerzo puede ser eficaz si se mejora la compatibilidad con la mampostería de adobe (Figura 6. 6 c). No se conoce que esta tecnología haya sido difundida. 6.1.3. Refuerzo con tubos de policloruro de vinilo (PVC) Como refuerzos verticales se utilizaron tubos de PVC de 12,7 mm de diámetro (1/2”) y 1,8 mm de grosor. No se utilizaron refuerzos horizontales. Estos tubos tienen la ventaja de poder ser traslapados mediante conectores en línea (Figura 6. 7 a). Según Madueño (2005) [5] la resistencia a tracción es inferior en 60% comparado con la caña. Sin embargo, este sistema estructural contempla que los esfuerzos cortantes y de compresión sean resistidos por la mampostería de adobe, y que, los tubos sirvan para mantener la unidad de la mampostería. [19, p. 10] [9, p. 13] (a) (b) (c) Figura 6. 7.- (a) tubos PVC de 12.7mm, (b) bloques de adobes prensados, y (c) maquina prensadora [19, pp. 3, 7 y 10] El proceso constructivo fue el siguiente. Se utilizaron adobes prensados (Figura 6. 7 b)21. Éstos fueron fabricados con un molde interno (Figura 6. 7 c). Primero, se colocó la primera fila de adobes, luego, se colocaron los tubos en los alveolos y se rellenaron con mortero para que los tubos queden fijos. Después, se colocaron filas sucesivas con bloques de adobe rellenando con mortero el espacio entre 21 En la tesis de [19] se explica el proceso de fabricación de adobes prensados. Página | 128 tubo y el adobe. Las juntas tuvieron un espesor de 20 mm. Este reforzamiento fue análogo a la albañilería armada (Figura 6. 8 a y b) [20, p. 3]. Finalmente, se fabricó un sistema de anclaje que consistió en espiralar con alambre nº16 la parte superior de los tubos (Figura 6. 8 c). Este anclaje es compatible con el uso de una viga collar de concreto. (a) (b) (c) Figura 6. 8.- Construcción del módulo reforzado con tubos de PVC (a) construcción de muros, (b) detalle de refuerzo para la viga collar, y (c) espiralado con alambre nº16 en la parte superior del tuve (anclaje) [19, pp. 11, 22 y 25] En la investigación de Villon y Castillo (2013) [19] se comparó el comportamiento de un muro reforzado (MR) y otro sin reforzar (MSR) mediante ensayos de corte cíclico ECC. Los resultados muestran que los muros reforzados con tubos permiten mayor distorsión angular en comparación con los no reforzados. La rigidez lateral inicial del MSR, 9,76 kN/m, fue mayor que la del MR, 3,42 kN/m. Esto puede deberse al grado de relleno de los alveolos en MR. En tanto que la resistencia máxima alcanzada es similar, del orden de 24 kPa (Figura 6. 9). (a) (b) Figura 6. 9.- Ensayo de corte cíclico sobre un muro reforzado con tubos PVC, (a) muro después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [19, p. 42] Por otro lado, de los ensayos de simulación sísmica ESS (Figura 6. 10), la resistencia al corte alcanzó el valor de 72 kPa, tres veces superior al obtenido por el ECC. Esta diferencia se puede explicar por el efecto de confinamiento entre las paredes del módulo. Como se verá más adelante, en otros métodos de refuerzo, éste patrón, donde el esfuerzo máximo al corte por ECC es menor que el valor obtenido por ESS, se repite. 0 5 10 15 20 25 30 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ tubos de PVC (Villon & Castillo, 2013) Sin refuerzo (Villon & Castillo, 2013) Página | 129 (a) (b) Figura 6. 10.- Ensayo de simulación sísmica de muro reforzado internamente con tubos de PVC, (a) módulo después del ensayo y (b) vista interna del eje 2. [19, p. 55] No se tiene información acerca de proyectos de información en campo. 6.1.4. Refuerzo con tubos de policloruro de vinilo (PVC) y malla friso Este método de refuerzo es una variante al método estudiado en 6.1.3. Consistió en colocar los tubos de PVC de 19 mm (3/4”) como refuerzos verticales y enrollarlos con malla friso para mejorar su adherencia con la mampostería; además, la malla se colocó como refuerzo horizontal cada 2 hiladas. Se utilizaron adobes tradicionales. En la investigacion de Madueño (2005) [5] se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) sobre un muro reforzado con de caña interna y un muro sin refuerzo. El esfuerzo máximo del muro no reforzado fue de 42 kPa, mientras que del reforzado fue de 58 kPa, el incremento de la capacidad resistente fue de 38% (Figura 6. 11 b). Además, se observó que la matriz interna, hecha tubos PVC y malla friso, permitió que el muro no pierda la unidad ante solicitaciones ciclicas severas (Figura 6. 11 a). (a) (b) Figura 6. 11.- Ensayo de corte cíclico sobre un muro reforzado con tubos PVC y malla friso, (a) muro después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5] No se tiene información acerca de proyectos de reforzamiento en campo. 6.2. Refuerzo de muros con enmallado externo El reforzamiento consiste en confinar el muro de adobe con refuerzos. Estos refuerzos tienen forma de una malla y están unidos a la mampostería de adobe y a los otros elementos estructurales (cimentación, viga collar, muros transversales). Pueden cubrir todo el muro o hacerlo parcialmente en las zonas más esforzadas. 0 20 40 60 80 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ tubos de PVC y malla friso (Madueño, 2005) Sin refuerzo (Madueño, 2005) Página | 130 El objetivo de colocar mallas que envuelvan los muros es mantener la unidad de la mampostería durante todo el evento sísmico evitar el colapso. El trabajo de las mallas se da en la fase elástica y la inelástica aportando resistencia a tracción. Sin embargo, la mayor función se da cuando confinan al muro previniendo la separación de boques de adobe o el colapso parcial de porciones de muro. De esta manera, la mampostería como conjunto se mantiene estable, aunque agrietada, pero dando la posibilidad a los ocupantes de salir y salvar sus vidas. A continuación se presentarán las técnicas de refuerzo investigadas. 6.2.1. Refuerzo con caña o bambú y alambre El reforzamiento consistió en un enmallado por ambos lados del muro. Los refuerzos verticales fueron las cañas o bambús (6.1.1) y los refuerzos horizontales fueron hilos de rafia y alambres galvanizados. El proceso constructivo fue el siguiente: Primero, se construyó la estructura no reforzada, luego se perforaron los orificios en las filas seleccionadas para los pasadores de rafia y el refuerzo de alambre galvanizado. Después, se colocaron los pasadores de rafia (polipropileno). Luego, los orificios se rellenaron con mortero. Seguido a esto, se colocó la viga collar y se dejaron pasadores de alambre para fijar las cañas. A continuación, se colocaron las cañas verticales cada 40 mm de espacio. Se amarraron al muro con los pasadores de rafia y en la parte superior se fijaron a la viga collar mediante los pasadores de alambre. Finalmente, se colocaron y tensaron alambres galvanizados horizontales (inferior, medio y superior), de modo que estos envolvieron al muro totalmente. (a) (b) Figura 6. 12.- Ensayos de simulación sísmica de mampostería reforzada con cañas verticales, además de alambres y rafia horizontales en (a) espécimen en forma U (b) módulo de vivienda [13, p. 27 y 31] En la investigación realizada por Dowling y Samali (2009) [13], una vivienda tipo de adobe se sometió un ensayo de simulación sísmica ESS. El sismo elegido fue el de “El Salvador 2001”. El módulo de adobe tuvo daños severos, mas no colapsó (Figura 6. 12). Los resultados indican que se puede mejorar el comportamiento sísmico de las construcciones con adobe con el uso de refuerzo externo de bambú vertical y refuerzo horizontal de alambre y la viga collar. Este método de refuerzo fue implementado algunas viviendas de El Salvador. 6.2.2. Refuerzo con malla de cuerda y caña El reforzamiento consistió en un enmallar externamente y por ambos lados los muros de adobe. Se utilizó como refuerzo vertical la caña (6.1.1), como refuerzo horizontal, cuerdas de cabuya, y como pasadores, hilos de yute (Figura 6. 13 a). El proceso constructivo fue el siguiente. Primero, se construyó la estructura no reforzada. Luego se perforaron los orificios cada 300 mm a 400 mm a lo largo y a lo alto del muro. Estos orificios se utilizaron para los pasadores de yute y para las cuerdas de cabuya. Después, se hicieron surcos de 10 Página | 131 mm de profundidad en el muro para que encajen las cañas. Las cañas se colocaron de una en una (Figura 6. 13 b). Cada caña estuvo fija en todo el alto por los pasadores de yute y por las cuerdas (Figura 6. 13 c). Además, las esquinas del módulo y de las aberturas también fueron reforzadas amarrando cuerdas diagonales de lado a lado (Figura 6. 13 d). (a) (b) (c) (d) Figura 6. 13.- proceso constructivo de refuerzo externo con caña y cuerda (a) cuerda de cabuya e hilos de yute, (b) colocación de las cañas, (c) fijado de las cañas con las cuerdas e hilos, y (d) refuerzo en las esquinas y aberturas [21, p. 5 y 6] En la investigación realizada por Torrealva y Acero (2005) [21] se realizaron ensayos de simulación sísmica (ESS) sobre un módulo reforzado y un muro sin refuerzo. El esfuerzo máximo promedio del muro no reforzado fue de 45 kPa, mientras que del reforzado fue de 60 kPa, incrementandose en 33% la capacidad resistente (Figura 6. 14 b). Además, se observó que el enmallado permitió que el muro no pierda la unidad (Figura 6. 14 a) (a) (b) Figura 6. 14.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla de caña y cuerda, (a) módulo al final del ensayo [21, p. 24], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre los módulos con y sin refuerzo [9, p. 61] 0 20 40 60 80 100 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular (Δ/H) Sin refuerzo Malla de caña y cuerdas Página | 132 La principal limitación de este tipo de refuerzo es la disponibilidad de caña. Ya que, no hay en todas las regiones. Por otro lado, no se tiene información acerca de proyectos de reforzamiento en campo. 6.2.3. Refuerzo con bandas de neumáticos usados El reforzamiento consistió en un enmallar externamente y por ambos lados los muros de adobe. Como refuerzo horizontal y vertical se utilizaron bandas de neumáticos usados. Cada llanta proporcionó bandas de 40 mm de ancho y hasta 6 m de largo. El proceso constructivo fue el siguiente. Primero, se construyó la estructura no reforzada dejando maderas de 50 mm x 25 mm atravesando el muro, para que por ahí pasen las tiras de llanta (Figura 6. 15 a). Una vez que finalizó la construcción, se hicieron surcos en los muros de 15 mm x 50 mm para los refuerzos horizontales y de 25 mm x 50 mm para los verticales, adicionalmente en las zonas de unión de tiras se profundizaron 10 mm más (Figura 6. 15 b). Luego, se colocaron las bandas verticales y horizontales. Todos los refuerzos estuvieron tensados y fijos. Las uniones y los traslapes se hicieron con alambre y clavos (Figura 6. 15 c).22 Maderas temporales (a) (b) (c) Figura 6. 15.- proceso constructivo del refuerzo con bandas de neumáticos usados: (a) orificios, (b) surcos o canales en el muro, y (c) detalle de las uniones y traslapes [22, pp. 19, 20, 36] En la investigación de Charleson y Blondet (2012) [23] se realizó un ensayo de carga ciclica lateral (ECC) sobre un muro reforzado. El esfuerzo máximo fue de 46 kPa. Ya que no hay un muro sin refuerzo de referencia, el muro reforzado con bandas de neumaticos se convirtió a uno equivalente y éste se comparó con el muro no reforzado equivalente de Madueño (2005) [5]. En estas condiciones se tiene que el muro reforzado alcanza un esfuerzo maximo de 43 kPa, mientras que el muro no reforzado 36 kPa, incrementandose en 19% la capacidad resistente (Figura 6. 16 b). Además, se observó que la malla, hecha con bandas de neumaticos, permitió que el muro no pierda la unidad (Figura 6. 16 a). 22 El proceso constructivo a detalle se tiene en [22] Página | 133 (a) (b) Figura 6. 16.- Ensayo de carga cíclica lateral sobre muro reforzado bandas de neumaticos, (a) muro reforzado después del ensayo [23, p. 523], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo. En la investigacion realizada por Charleson y Blondet (2012) [23], se realizó un ensayo de simulación sísmica (ESS) sobre un módulo reforzado con bandas de neumaticos (Figura 6. 17 a). El máximo esfuerzo cortante promedio en la base de los muros paralelos al movimiento sísmico fue de 75 kPa [23, p. 519]. Valor superior al alcanzado en el ECC, fenómeno que se puede explicar por el confinamiento de los muros transverlaes. Además, se observó que el enmallado permitió que el muro no pierda la unidad (Figura 6. 17 b). (a) (b) Figura 6. 17.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con neumáticos, (a) módulo al final del ensayo, y (b) vista interior [23, p. 518]. No se tiene información acerca de proyectos de reforzamiento en campo. 6.2.4. Refuerzo con malla electrosoldada (malla de alambre) El reforzamiento consistió en un enmallar externamente y por ambos lados los muros de adobe. La malla utilizada es la malla electrosoldada que está hecha de alambres horizontales y verticales. Se comercializan en rollos de 900 mm de ancho con 30 a 50 m de largo; y están compuestas con alambres de 1 mm de diámetro espaciados cada 19 mm. Estas mallas tienen una resistencia a rotura de 2,15 kN/m. El enmallado puede ser total o parcial, si es que es la segunda opción, se deben reforzar las zonas críticas: las esquinas y la parte superior del muro. 0 10 20 30 40 50 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ neumáticos usados (Charleson & Blondet, 2012) Sin refuerzo (Madueño, 2005) Página | 134 El proceso constructivo23 es el siguiente. Una vez construida la vivienda de adobe, se deben colocar mallas esquineras, verticales y horizontales (Figura 6. 18 a). Las mallas, esquineras y verticales, estarán compuestas por varias franjas continuas de 900 mm de altura, y traslapadas verticalmente 100 mm, hasta completar la altura total del muro. Mientras que las mallas horizontales tendrán un ancho de 450 mm y deben estar traslapados 300 mm con las mallas esquineras (Figura 6. 18 b). Finalmente, estas mallas se tienen que integrar al muro mediante conectores, de alambre nº8 o de rafia, que traspasan el muro por agujeros perforados previamente (Figura 6. 18 c). Adicionalmente las mallas se tienen que fijar mediante clavos de 64 mm con chapas (Figura 6. 18 d) [24, p. 2]. (a) (b) (c) (d) Figura 6. 18.- Colocación de la malla electrosoldada, (a) mallas esquineras y verticales, (b) mallas horizontales superiores, (c) conectores, y (d) fijación con clavos [24]. En la investigacion de Madueño (2005) [5] se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) sobre un muro con refuerzo de malla electrosoldada y un muro sin refuerzo. El esfuerzo máximo del muro no reforzado fue de 42 kPa, mientras que del reforzado fue de 87 kPa, incrementandose en 107% la capacidad resistente (Figura 6. 19 b). Además, se observó que primero se formaron grietas sobre las zonas no enmalladas; y una vez que se fracturaron las zonas reforzadas, el muro se comportó como un muro sin refuerzo. La falla fué frágil (Figura 6. 19 a). 23 En [24] se explica paso a paso el proceso de diseño y colocación de las mallas electrosoldadas. Página | 135 (a) (b) Figura 6. 19.- Ensayo de carga cíclica lateral sobre muro reforzado con malla electrosoldada, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. En una investigacion de la PUCP en el 2001 ( [21], [25]) se realizaron ensayos de simulación sísmica (ESS) sobre un módulo reforzado parciamente y un módulo sin refuerzo. El esfuerzo máximo promedio del muro no reforzado fue de 45 kPa, mientras que del reforzado fue de 70 kPa, incrementandose en 55% la capacidad resistente (Figura 6. 20 b). Además, el módulo resistió una aceleracion maxima de 1,20 g. Se observó que se concentraron las grietas en las zonas no reforzadas. El estado final fue inestable (Figura 6. 20 a). (a) (b) Figura 6. 20.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla electrosoldada, (a) módulo al final del ensayo [21, p. 24], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 61] Este tipo de refuerzo fue implementado en 1997 en viviendas del sur del país. Se implementó en viviendas uno y de dos pisos. COPASA. 6.2.5. Refuerzo con geomalla El refuerzo consiste en un enmallado parcial o total por ambos lados del muro. Esta malla es de polipropileno. La resistencia a la tracción de las geomallas están en el orden de 6,60 kN/m a 22,93 kN/m (Figura 6. 21) [5] [1]. 0 20 40 60 80 100 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ malla electrosoldada (Madueño, 2005) Sin refuerzo (Madueño, 2005) 0 20 40 60 80 100 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular (Δ/H) Sin refuerzo Malla electrosoldada Página | 136 (a) (b) (c) Figura 6. 21.- Ensayo de tracción en la geomalla, (a) antes del ensayo, (b) después del ensayo, y (c) curva fuerza-deformación [5] El proceso constructivo es el siguiente. Durante la construcción de sobrecimiento, se debe interrumpir a una altura de 200 mm sobre el nivel del piso terminado para colocar una franja de malla encima, ésta franja debe sobresalir por lo menos 200 mm (Figura 6. 22 a). Luego, se debe colocar piedra mediana sobre la malla y concluir el sobrecimiento hasta alcanzar los 300 mm de altura. Otra opción es colocar la malla entre el sobrecimiento y la primera hilada. Luego, se construye el muro, dejando cuerdas que pueden ser de rafia, plástico o nylon espaciados cada 300 mm, cada 3 hiladas, y sobresaliendo 150 mm en ambos costados (Figura 6. 22 b). Al finalizar el muro se construye la viga collar. Luego se coloca la geomalla en las paredes, esta debe pasar alrededor de la viga collar y debe tejerse con cuerdas con la franja de mala colocada en la base (Figura 6. 22 c). Entre franjas de geomalla deben traslaparse por lo menos 250 mm a mitad de muro y 650 mm en las esquinas. La malla debe estar bien pegada a la pared, en los lugares donde no sucede esto se debe fijar mediante grapas de acero. Finalmente, se debe tarrajear el muro.24 (a) (b) (c) Figura 6. 22.- Reforzamiento con geomallas, (a) colocación de franja en la base, (b) disposición de conectores, y (c) colocación de la malla [26]. En la investigacion de Madueño (2005) [5] se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) sobre un muro reforzado con geomalla y un muro sin refuerzo. El esfuerzo máximo del muro no reforzado fue de 42 kPa, mientras que del reforzado fue de 43 kPa, practicamente no se incrementó la capacidad resistente. Sin embargo, se incrementó notablemente la distorsion angular última (Figura 6. 23 b). Además, se observó que el confinamiento de la malla permitio que la mamposteria de adobe agrietada 24 La descripción completa y detallada del proceso constructivo está en el manual de construcción con adobe reforzado con geomallas [26] Página | 137 mantenga la union y la estabilidad. El comportamiento estructural del muro reforzado fué ductil (Figura 6. 23 a). (a) (b) Figura 6. 23.- Ensayo de corte lateral cíclica sobre muro reforzado con geomalla, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. En la investigacion realizada por Torrealva y Acero (2005) [21] se realizaron ensayos de simulación sísmica (ESS) sobre un módulo reforzado con geomalla y un módulo sin refuerzo. El esfuerzo máximo promedio del muro no reforzado fue de 45 kPa, mientras que del reforzado fue de 79 kPa, incrementandose en 75% la capacidad resistente (Figura 6. 24 b). Además, al igual que en el ECC se observó que el enmallado permitió que el muro no pierda la unidad. Al final del ensayo el módulo quedó estable. La falla fue dúctil (Figura 6. 24 a). (a) (b) Figura 6. 24.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con geomalla, (a) módulo al final del ensayo [21, p. 14], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 63] Esta técnica fue implementada después del terremoto del 2007 como parte de un proyecto de reconstrucción de viviendas en el sur del Perú. 6.2.6. Refuerzo con malla plástica El reforzamiento consistió en colocar mallas plásticas envolviendo a los muro. En la investigación de Madueño (2005) [5] se realizaron ensayos de tracción de mallas comerciales, y de la adherencia entre éstas, el mortero y el bloque de adobe. Los resultados indican que la resistencia a tracción de las mallas plásticas comerciales varía de 1,40 kN/m a 5,93 kN/m. La adherencia de las mallas depende de la abertura. Las de abertura grande tuvieron buena adherencia y las de abertura pequeña no 0 10 20 30 40 50 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ geomalla (Madueño, 2005) Sin refuerzo (Madueño, 2005) 0 20 40 60 80 100 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular (Δ/H) Sin refuerzo Geomalla Página | 138 permitieron desarrollar adherencia entre el mortero y el adobe (Figura 6. 25) [1]. El proceso constructivo es similar a 6.2.5 (a) (b) Figura 6. 25.- ensayos de adherencia en mallas, (a) buena adherencia con aberturas grandes, (b) mala adherencia con aberturas pequeñas [5] En la investigación realizada por Madueño (2005) [5] se realizaron ensayos de simulación sísmica (ESS) sobre un módulo reforzado parciamente al 80% de la superfie total, y un módulo sin refuerzo. El esfuerzo máximo promedio del muro no reforzado fue de 82 kPa, mientras que del reforzado fue de 106 kPa, incrementandose en 29% la capacidad resistente (Figura 6. 26 a). Se tiene que anotar que los módulos resistieron un poco más por la presencia del tarrajeo. Además, Se observó que la malla se deformó y quebró por zonas. El estado final estable (Figura 6. 26 b). (a) (b) Figura 6. 26.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla plástica, (a) módulo al final del ensayo [1, p. 8], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 65] No se conocen casos de construcción de viviendas con este tipo de refuerzo. 6.2.7. Refuerzo con listones de madera confinante El reforzamiento consistió en instalar refuerzos horizontales y verticales en ambos lados del muro. Como refuerzo se utilizaron tablas de madera. El fin fue aumentar la resistencia a flexión de los muros (fuera del plano) y mantener la unidad de la estructura. El proceso constructivo fue el siguiente. Primero, se construyó la estructura no reforzada, Luego, se realizaron surcos en los muros de 30 mm de profundidad para los refuerzos verticales, 20 mm para los horizontales, y 200 mm de ancho. Después, se colocaron los refuerzos verticales y horizontales respectivamente, conectándolos a sus análogos en el otro lado del mudo mediante pasadores (Figura 6. 27 a). Además, se colocaron pernos y clavos sobre las tablas espaciados cada 500 mm, de esta manera se aseguró una superficie de contacto rugosa. Finalmente, las uniones se fijaron mediante platinas (Figura 6. 27 b y c). 0 20 40 60 80 100 120 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular (Δ/H) Sin refuerzo Malla plástica Página | 139 (a) (b) (c) Figura 6. 27.- Destalles constructivos, (a) conectores, (b) uniones en esquinas, y (c) en serie [27, p. 5_20] En la investigación de Yamin, et al. (2007) [28] se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) sobre un muro reforzado con geomalla y un muro sin refuerzo. El esfuerzo máximo del muro no reforzado fue de 25 kPa, mientras que del reforzado fue de 47 kPa, incrementandose en 88% capacidad resistente (Figura 6. 28). En cuanto a la distorsion angular máxima, no se tienen datos completos de la envolvente del ensayo del muro no reforzado; sin embargo se puede comparar el valor de la deriva maxima alcanzada de 0,004 con el valor promedio de los muros no reforzados que es de 0,010. Viendo esto, se puede concluir que se tiene una deriva máxima menor al promedio. Finalmente, la falla fue frágil. (a) (b) Figura 6. 28.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con listones de madera confinante, (a) muro reforzado después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo- distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [28]. Tras las investigación realizada por Yamin, et al. (2003) [29], se hicieron ensayos ESS en dos módulos a escala 1:5, uno reforzado y el otro no (Figura 6. 29 a). Los resultados mostraron que el módulo sin refuerzo tuvo falla frágil y colapsó totalmente (Figura 6. 29 b). Mientras que en el módulo reforzado, las paredes se mantuvieron estables por el refuerzo, aun así, el techo colapsó [29, p. 183]. 0 10 20 30 40 50 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ listones de madera (Yamin, et al., 2007) Sin refuerzo (Yamin, et al., 2007) Página | 140 (a) (b) Figura 6. 29.- Ensayo de simulación sísmica sobre un módulo reforzado con listones de madera confinante, (a) antes del ensayo, y (b) después del ensayo [28]. No hay referencias si se usó este modelo en proyectos de reforzamiento. 6.2.8. Refuerzo con malla de cuerdas El reforzamiento consistió en un enmallado por ambos lados del muro. Esta malla está hecha con cuerdas de nylon, también conocidas como drizas dispuestas horizontal y verticalmente cada 250 mm aproximadamente. El diámetro nominal propuesto esta alrededor de 6,3 mm (1/4”). La resistencia a la tracción de la cuerda de 6,3 mm es de 20 kN [30, p. 7]. El proceso constructivo fue el siguiente: primero, se construyó la estructura no reforzada, Luego, se perforaron los orificios en las filas seleccionadas para las cuerdas, este paso se puede reemplazar si se colocan tubos de plástico durante la construcción. Después, se instalaron las cuerdas verticales y luego las horizontales. Las cuerdas verticales se colocaron por encima de la viga collar y por debajo de la primera hilada de adobes, bordeando toda la sección del muro por ambos lados. Las cuerdas horizontales bordearon todas las secciones rectangulares de muros, incluyendo los lados de puertas y ventanas (Figura 6. 30 a). Cada cuerda se tensó a mano. El anudado fue con templadores [30, p. 7] pero también puede ser con amarres de nudos (Figura 6. 30 b) [31, p. 8] [32, pp. 54, 55]. El objetivo fue que se mantenga la tensión en las cuerdas. (a) (b) Figura 6. 30.- Refuerzo con malla de cuerdas, (a) esquema de refuerzo [32, p. 23], y (b) amarre de nudo [31, p. 8] Página | 141 En la investigacion realizada por Sosa y Soto (2014) [30]25, se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) sobre un módulo reforzado con cuerdas y uno sin refuerzo. El esfuerzo máximo del muro no reforzado fue de 84 kPa, mientras que del reforzado fue de 79 kPa, practicamente se mantuvo la capacidad resistente. Sin embargo, se incrementó notablemente la distorsión angular máxima (Figura 6. 31 b). Hay que anotar que el refuerzo se hizo sobre un módulo ya agrietado. Además, se observó que la malla permitió que se conserve la unidad de la mamposteria una vez que se perdió toda la rigidez manteniendo la estabilidad. La falla fué ductil (Figura 6. 31 a). (a) (b) Figura 6. 31.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con malla de cuerdas, (a) módulo al final del ensayo [30, p. 8], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el módulo reforzado y uno sin refuerzo [9, p. 66] Esta técnica de reforzamiento fue enseñada a pobladores del pueblo de Pullo en Ayacucho, Perú (Ver Capitulo 7) 6.3. Refuerzo con elementos pre compresores 6.3.1. Refuerzo con Tensores de acero El reforzamiento consistió en pre-comprimir el muro de adobe, mediante tensores de acero horizontales y verticales en ambas caras. Cada tensor fue una varilla de acero de 12,7 mm (1/2”) que se fijó en los extremos a perfiles de acero. El fundamento teórico es el modelo de comportamiento de Mohr-Coulomb. Si a un material cohesivo-friccionaste, como el adobe, se le incrementan los esfuerzos de compresión, los esfuerzos tangenciales (cortantes) tendrán también que incrementarse para que el material falle. De esta manera, se previene una falla por cortante. La idea del refuerzo es tratar de anular los esfuerzos de tensión generados durante movimientos sísmicos paralelos al plano del muro [33, p. 312]. El proceso constructivo fue el siguiente. Primero, se construyó el muro no reforzado. Luego, se hicieron surcos para que encajen los tensores de acero y cortes para los perfiles de acero. Después, se colocaron los perfiles, varillas verticales y horizontales (Figura 6. 32). Finalmente, las varillas se tensaron mediante llaves inglesas hasta llegar a una carga de 20 kN [33, p. 314] 25 Esta tesis incluye los trabajos: [41] y [42]. 0 20 40 60 80 100 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular (Δ/H) Sin refuerzo Malla de cuerdas Página | 142 (a) (b) Figura 6. 32.- Perfiles de acero que fijan los extremos de los tensores, (a) laterales, y (b) inferiores [33, p. 315]. En la investigación de Lopez, et al. (2007) [33] se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) sobre dos muros reforzados con tensores de acero y tres muros sin refuerzo. El esfuerzo máximo alcanzado en los muros no reforzados fue de 26 kPa, mientras que de los reforzados fue de 27 kPa, prácticamente no se incrementó la capacidad resistente. Se notó una disminución de la distorsión angular máxima (Figura 6. 33 b). Tambien se observó que fallaron las esquinas no confinadas. Sin embargo, al final del ensayo se conservó la unidad de gran parte del muro (Figura 6. 33 a). (a) (b) Figura 6. 33.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con tensores de acero, (a) muro reforzado después del ensayo [33, p. 314], y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5]. No se conocen casos de reforzamiento con este sistema de refuerzo. 6.3.2. Refuerzo con anillos de caucho de llantas usadas El reforzamiento consistió en pre comprimir la mampostería de adobe mediante fajas hechas con anillos de caucho de llantas usadas. Estos refuerzos pueden ser horizontales y verticales. El concepto de pre compresión es similar al expuesto en la sección 6.3.1. Al incrementar los esfuerzos normales, se requiere más esfuerzo cortante para que el muro falle. 0 10 20 30 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ tensores de acero 1 (Lopez, 2007) Ref. c/ tensores de acero 2 (Lopez, 2007) Sin refuerzo 2 (lopez, 2007) Sin refuerzo 3 (lopez, 2007) Sin refuerzo 1 (lopez, 2007) Página | 143 (a) (b) (c) (d) Figura 6. 34.- Preparación del refuerzo, (a) anillo de llanta usada, (b) conexión de los anillos, (c) sección trasversal de un muro, y (d) sección en planta [34, p. 686] Constructivamente, para preparar el refuerzo, se deben cortar los anillos de las llantas (Figura 6. 34 a) y colocar internamente dos tubos de acero de 50 mm de diámetro, éstas varillas se deben conectar a sus análogas mediante pernos de acero (Figura 6. 34 b). Las fajas se deben colocar a la mampostería, al igual que las cuerdas, vertical y horizontalmente (Figura 6. 34 c y d). No se tiene registro de que este método haya sido empleado a escala real. (a) (b) Figura 6. 35.- Ensayo de simulación sísmica sobre módulos de adobe, (a) módulo no reforzado, y (b) reforzado con anillos de caucho de llantas usadas [34]. En la investigación realizada por Turer, et al. (2007) [34], se construyeron modelos de viviendas a escala 1:10 y se les sometieron a un movimiento sísmico simulado en una mesa vibratoria. Los resultados indican que los modelos reforzados resistieron 100% más aceleración que los no reforzados para la falla (Figura 6. 35). Se necesita más investigación. No se conocen casos de reforzamiento con este sistema de refuerzo. 6.4. Refuerzo con elementos de confinamiento en los extremos del muro 6.4.1. Refuerzo con costalillo y esteras El refuerzo consistió en confinar lateralmente al muro de adobe. Como elemento de confinamiento se utilizaron costalillos o esteras. Las esteras son paneles de carrizo o totora cuyas fibras están entretejidas en una disposición perpendicular, el tamaño estándar es de 2 m x 3 m (Figura 6. 36 a). El costalillo es un material que se utiliza normalmente para almacenar arroz, maíz, tubérculos, entre otros. Las dimensiones pueden variar desde los más pequeños con 550 mm de ancho y 900 mm de alto a los más grandes con 700 mm de ancho por 1200 mm de alto (Figura 6. 36 b). Página | 144 Constructivamente, los refuerzos se fijaron con clavos a dos maderas que estuvieron ancladas a la base y amarradas al muro mediante un alambre pasante. Finalmente, el refuerzo se cubrió con mortero suelo-cemento (Figura 6. 36 c). En caso del uso del costalillo se mejoró la adherencia colocando alambres. (a) (b) © Figura 6. 36.- Refuerzo con confinamiento lateral, (a) con esteras, (b) con costalillo, y (c) tarrajeo final [35, pp. 35, 36] En la investigación realizada por Zavala e Igarashi (2005) [36] se ensayaron a carga lateral monotónica cuatro muros sin refuerzo, de estos muros ensayados, dos fueron reforzados con esteras y dos con costalillo. Los resultados indican que el máximo esfuerzo cortante soportado por los muros sin refuerzo fue de 25 kPa, por los muros reforzados con costalillo de 38 kPa (Figura 6. 37 a y b), y con esteras de 34 kPa (Figura 6. 37 c y d), incrementándose en 52% y 36% la capacidad resistente respectivamente. Además, se observa un notable aumento de la distorsión angular máxima en ambos casos. (a) (b) (c) (d) 0 10 20 30 40 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ costalillo 1 (Zavala e Igarashi, 2005) Ref c/ costalillo 2 (Zavala e Igarashi, 2005) Sin refuerzo 1 (Zavala e Igarashi, 2005) Sin refuerzo 2 (Zavala e Igarashi, 2005) Sin refuerzo 3 (Zavala e Igarashi, 2005) 0 10 20 30 40 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 Es fu er zo =V /A ( kP a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ esteras 1 (Zavala e Igarashi, 2005) Ref. c/ esteras 2 (Zavala e Igarashi, 2005) Sin refuerzo 1 (Zavala e Igarashi, 2005) Sin refuerzo 2 (Zavala e Igarashi, 2005) Sin refuerzo 3 (Zavala e Igarashi, 2005) Página | 145 Figura 6. 37.- Ensayo de carga lateral monotónica sobre muro reforzado con costalillo y esteras, (a) muro reforzado con costalillo antes del ensayo, (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre muros reforzados y sin refuerzo, (c) muro reforzado con esteras antes del ensayo, y (d) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre muros reforzados y sin refuerzo [36, p. 9]. No se tiene información de proyectos de reforzamiento con esta técnica. Si hay un manual de construcción. 6.4.2. Refuerzo con pórticos de concreto confinante El refuerzo consistió en confinar la mampostería de adobe con columnas y vigas de concreto de baja resistencia, análogo a la albañilería confinada de arcilla cocida. El proceso constructivo fue el siguiente. Primero se construyó el muro de adobe. Luego, se procedió a construir las columnas y la viga collar. El refuerzo longitudinal mínimo utilizado fue de dos fierros de 6,3 mm (1/4") con 𝑓𝑦 = 420⁡𝑀𝑃𝑎. Como estribos se utilizaron alambre nº8, 1 a 50mm, 4 a 150 mm y el resto a 250 mm (Figura 6. 38). Por otro lado, en la investigación de San Bartolomé y Pehovaz (2003) [37, p. 10] se recomienda una conexión a ras columna-muro, ya que una conexión dentada puede traer problemas constructivos durante la compactación del concreto. (a) (b) Figura 6. 38.- Detalles constructivos del muro reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) plano: vista frontal y (b) detalle de conexión a ras columna muro. [37]. En la investigación de San Bartolomé y Pehovaz (2003) [37], se realizaron ensayos de carga ciclica lateral (ECC) sobre dos muros reforzados con pórticos confinantes de concreto (Figura 6. 39 a). Debido a que no hay un muro sin refuerzo de referencia, los muros ensayados por San Bartolomé y Pehovaz (2003) [37] se convirtieron a otros equivalente y se compararon con el muro no reforzado equivalente de Madueño (2005) [5]. En estas condiciones, se tiene que los muros reforzados alcanzan un esfuerzo de corte máximo 75 kPa, mientras que del muro no reforzado es de 42 kPa, incrementandose en 78% la capacidad resistente al corte (Figura 6. 39 b). En cuanto a la distorsión angular máxima, no se pueden sacar muchas conclusiones debido que no se llegó hasta la falla en los muros reforzados. Además, se investigó la influencia del pórtico en la resistencia del sistema, ensayando sólo el pórtico confinante. Los resultados indican que para un desplazamiento lateral de 200 mm, al pórtico se le tuvo que aplicar una fuerza de 2,21 kN, mientras que para el mismo desplazamiento, para la mamposteria reforzada, se necesitó una fuerza de 33,61 kN, un valor quince veces mayor, lo que significa que gran parte de la fuerza cortante es absorbida por el muro de adobe [37, p. 9]. No se pueden sacar conclusiones con respecto a la distorsión angular máxima debido a que no se ensayaron los muros reforzados hasta la falla. Página | 146 (a) (b) Figura 6. 39.- Ensayo de carga lateral cíclica sobre muro reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) muro reforzado después del ensayo [37], y (b) comparación de curvas esfuerzo- distorsión entre los muros reforzados y uno sin refuerzo [5]. En la investigación realizada por Matos, et al. (1997) [38] se realizaron ensayos de simulación sísmica (ESS) sobre un módulo reforzado con elementos de confinamiento de concreto (Figura 6. 40 a) y sobre el pórtico de confinamiento, con el objetivo de evaluar cual es el aporte de resistencia del concreto. El esfuerzo máximo promedio del muro reforzado fue de 75 kPa, mientras que del portico fue de 31 kPa, los que significa que los muros de adobe absrovieron el 70% de la fuerza cortante (Figura 6. 40 b). Por otro lado, ya que no hay un módulo sin refuerzo de referencia, se convirtió un muro del módulo de Matos, et al. (1997) [38] a uno equivalente y se compararó con el muro equivalente del módulo de Torrealva y Acero (2005) [21]. En estas condiciones, se observa que un muro del módulo reforzado tiene una capacidad resistente de 64 kN, mientras que de módulo no reforzado es de 45 kN, ganando un 42% de capacidad resistente al corte (Figura 6. 40 b). En cuanto a la distorsión angular máxima, los ensayos no se realizaron hasta la rotura. Sin embargo, un dato importante es que para un desplazamiento de 140 mm el techo colapsó parcialmente [38, p. 4]. (a) (b) Figura 6. 40.- Ensayo de simulación sísmica en módulo reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) construcción del módulo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre los módulos reforzado, no reforzado y el pórtico confinante. [21] [38]. Adicionalmente en la investigación de San Bartolomé, et al. (2009) [39] se ensayó un módulo de dos pisos construidos con mampostería de adobe confinado con concreto (Figura 6. 41 a). Después del ensayo, en los muros del segundo piso se observó una falla frágil por flexión perpendicular al plano, conllevando al colapso total de los muros (Figura 6. 41 b) 0 20 40 60 80 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Es fu er zo =V /A ( M P a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ pórtico de concreto 1 (San bartolomé y Pehovaz, 2003) Ref. c/ pórtico de concreto 2 (San bartolomé y Pehovaz, 2003) Sin refuerzo (Madueño, 2005) 0 20 40 60 80 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 Es fu er zo =V /A ( M P a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref c/ columnas de confinamiento (Matos, et al., 2005) Aporte de las columnas de confinamiento (Matos, et al., 2005) Sin refuerzo (Torrealva & Acero, 2005) Página | 147 (a) (b) Figura 6. 41.- Ensayo de simulación sísmica en módulo de dos pisos reforzado con pórticos de concreto confinante, (a) construcción del módulo, y (b) estado final después del ensayo [39] No se tiene información de experiencias de reforzamiento con esta tecnología. 6.4.3. Refuerzo con varillas de acero verticales en las uniones de los muros El refuerzo consistió en colocar varillas de acero verticales en las esquinas y encuentros de los muros. Las varillas fueron acero corrugado de 12,7 mm (1/2”) de diámetro. La idea fue crear un borde confinante resistente compuesto por el sobrecimiento, las esquinas esforzadas, y la viga collar de concreto. El proceso constructivo fue el siguiente. Primero se anclaron los refuerzos al cimiento, un fierro de 12.7 mm por cada esquina. Luego, se construyeron los muros. Finalmente, se construyó la viga collar. En la investigación de Madueño (2005) [5] se ensayó un muro reforzado y se comparó con otro sin refuerzo. Los resultados indican que la resistencia máxima alcanzada por el muro reforzado fue de 52 kPa, mientras que del muro no reforzado de 42 kPa, incrementándose en 24% la capacidad resistente al corte. En cuanto a la distorsión angular máxima, se incrementó levemente (Figura 6. 42 b). También se observó que el refuerzo con varillas de acero no ayudo a mantener la unión del espécimen (Figura 6. 42 a). (a) (b) Figura 6. 42.- Ensayo de corte cíclico sobre un muro reforzado con varillas verticales de acero en las uniones, (a) muro después del ensayo, y (b) comparación de curvas esfuerzo-distorsión entre el muro reforzado y uno sin refuerzo [5] No se tiene información de implementación en proyectos de reforzamiento con este método. 0 20 40 60 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 Es fu er zo =V /A ( M P a) Distorsión angular=Δ/h (mm/mm) Ref. c/ varillas de acero en las uniones (Madueño, 2005) Sin refuerzo (Madueño, 2005) Página | 148 6.6. Comparación de resultados de ensayos de carga lateral cíclica sobre muros Se puede evaluar la efectividad de un método de refuerzo ante cargas coplanares por dos criterios: (1) el esfuerzo máximo resistido (𝜏𝑚á𝑥𝑒𝑞) y (2) la distorsión angular máxima antes de la falla (𝑑𝑢⁡/ℎ). Se elaboró una tabla comparativa de los resultados de los ensayos a corte lateral en muros reforzados (Tabla 6. 2). Donde 𝐺1 es el grupo de muros reforzados internamente, 𝐺2 muros reforzados externamente con mallas, 𝐺3 muros pre-comprimidos, 𝐺4 muros confinados en los bordes, ℎ, 𝑙 y 𝑡 son la altura, lago y espesor del muro ensayado, 𝑘 es la rigidez inicial elástica, 𝑃𝑚á𝑥 es la carga máxima alcanzada, 𝑃𝑢⁡es la carga ultima resistida, 𝑑𝑢 es la deformación ultima antes de la falla, 𝑑𝑢/ℎ⁡es la distorsión angular máxima, 𝜏𝑚á𝑥 es el esfuerzo máximo alcanzado, y 𝜏𝑚á𝑥𝑒𝑞 es el esfuero máximo equivalente para un muro de 2,40𝑥2,40𝑥𝑡𝑒𝑞, y 𝑡𝑒𝑞 es el espesor equivalente que depende de la configuración de cada muro. P ág in a | 1 4 9 T a b la 6 . 2 .- C o m p a ra ció n d e tip o s d e refu erzo en en sa y o s d e co rte en m u ro s G ru p o Tip o d e re fu erzo ℎ 𝑙 𝑡 𝑘 𝑃 𝑚 á𝑥 𝑃 𝑢 𝑑 𝑢 𝑑 𝑢 /ℎ 𝜏 𝑚 á𝑥 𝜏 𝑚 á𝑥 𝑒 𝑞 m m m m m m kN /m m kN kN m m m m /m m kP a kP a G 1 R ef. c/ cañ a [5 ] 1 93 0 3 06 0 3 00 1 8 ,5 0 6 4 ,8 3 5 1 ,8 7 9 5 ,0 2 0 ,04 9 7 0 ,6 2 6 0 ,0 3 R ef. c/ tu b o s d e P V C [1 9 ] 2 28 0 2 09 0 1 90 3 ,42 9 ,51 7 ,61 2 5 ,3 2 0 ,01 1 2 3 ,9 6 2 2 ,7 6 R ef. c/ tu b o s d e P V C y m alla friso [5 ] 1 93 0 3 06 0 3 00 5 4 ,3 2 5 3 ,4 8 4 2 ,7 9 9 9 ,5 7 0 ,05 2 5 8 ,2 6 4 9 ,5 2 G 2 R ef. c/ n eu m ático s u sad o s [2 3 ] 2 2 5 0 2 40 0 2 50 8 ,24 2 7 ,8 4 2 2 ,2 7 2 2 ,8 9 0 ,01 0 4 6 ,3 9 4 3 ,4 9 R ef. c/ m alla e lectro so ld ad a [5 ] 1 93 0 3 06 0 3 00 6 7 ,0 2 7 9 ,9 7 6 3 ,9 8 3 7 ,3 4 0 ,01 9 8 7 ,1 1 7 4 ,0 5 R ef. c/ geo m alla [5 ] 1 93 0 3 06 0 3 00 9 4 ,3 7 3 9 ,2 8 3 1 ,4 2 1 02 ,55 0 ,05 3 4 2 ,7 9 3 6 ,3 7 R ef. c/ geo m alla [28 ] 2 50 0 2 00 0 5 00 4 9 ,4 7 3 5 ,6 3 2 8 ,5 0 7 ,02 0 ,00 3 3 5 ,6 3 3 7 ,1 1 R ef. c/ geo m alla [40 ] 3 07 0 3 50 0 2 29 2 59 ,31 7 2 ,2 8 5 7 ,8 2 4 2 ,3 4 0 ,01 4 9 0 ,1 8 1 15 ,36 R ef. c/ listo n es d e m ad era [2 8 ] 2 50 0 2 00 0 5 00 1 3 ,4 1 4 6 ,7 9 3 7 ,4 3 1 0 ,7 5 0 ,00 4 4 6 ,7 9 4 8 ,7 4 G 3 R ef. c/ ten so res d e ace ro 1 [3 3 ] 3 00 0 3 50 0 5 20 2 4 ,6 2 4 5 ,2 4 3 6 ,1 9 1 3 ,1 0 0 ,00 4 2 4 ,8 6 3 1 ,0 7 R ef. c/ ten so res d e ace ro 2 [3 3 ] 3 00 0 3 50 0 5 20 1 8 ,5 6 4 9 ,4 7 3 9 ,5 8 9 ,77 0 ,00 3 2 7 ,1 8 3 3 ,9 8 G 4 R ef. c/ co stalillo 1 [36 ] 2 30 0 2 45 0 2 00 4 ,78 1 6 ,3 1 1 5 ,6 8 3 8 ,4 9 0 ,01 7 3 3 ,2 8 3 1 ,9 0 R ef c/ co stalillo 2 [36 ] 2 30 0 2 45 0 2 00 6 ,21 1 8 ,7 4 1 4 ,9 9 3 8 ,9 5 0 ,01 7 3 8 ,2 4 3 6 ,6 4 R ef. c/ e ste ras 1 [3 6 ] 2 30 0 2 45 0 2 00 1 1 ,0 3 1 6 ,5 9 1 6 ,5 9 3 9 ,3 3 0 ,01 7 3 3 ,8 6 3 2 ,4 5 R ef. c/ e ste ras 2 [3 6 ] 2 30 0 2 45 0 2 00 8 ,41 1 5 ,3 9 1 2 ,3 1 3 8 ,4 6 0 ,01 7 3 1 ,4 0 3 0 ,0 9 R ef. c/ p ó rtico d e co n creto 1 [37 ] 2 30 0 2 45 0 2 00 1 07 ,97 3 3 ,7 5 2 7 ,0 0 2 1 ,7 8 0 ,00 9 6 8 ,8 9 6 6 ,0 2 R ef. c/ p ó rtico d e co n creto 2 [37 ] 2 30 0 2 45 0 2 00 7 9 ,8 7 3 7 ,0 1 2 9 ,6 1 1 7 ,9 3 0 ,00 8 7 5 ,5 2 7 2 ,3 8 R ef. c/ varillas d e acero en las u n io n es [5 ] 1 93 0 3 06 0 3 00 3 3 ,0 6 4 7 ,8 4 3 8 ,2 7 3 7 ,9 9 0 ,02 0 5 2 ,1 1 4 4 ,2 9 Página | 150 Superponer todas las curvas halladas no es la mejor idea para comparar los resultados por la cantidad de ensayos que acá se muestran. En vez de eso, se elaboraron tres gráficas. La primera gráfica compara las resistencias máximas al corte equivalentes de cada método reforzado. Además, están separados por grupos: para G1 es verde, G2 es rojo, G3 es mostaza, G4 es azul (Figura 6. 43). La segunda gráfica compara las derivas máximas alcanzadas en cada método (Figura 6. 44). La tercera grafica es la unión de la primera y segunda, de esta manera, se permite visualizar cuanto resiste un tipo de refuerzo y cuanto es su capacidad de deformarse. Las líneas punteadas azules y negras representan el promedio de resistencia máxima y deriva máxima de los muros sin refuerzo respectivamente (Figura 6. 45). Figura 6. 43.- Comparación de resistencias máximas alcanzadas entre los diferentes muros reforzaos y con el valor promedio de resistencia máxima alcanzada en los muros no reforzados. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Es fu e rz o a l c o rt e m áx im o ( kP a) Tipos de refuerzo Esfuerzo máx. (kPa) Esfuerzo máximo promedio de muros no reforzados Página | 151 Figura 6. 44.- Comparación de derivas máximas alcanzadas entre los diferentes muros reforzaos y con el valor promedio de derivas máxima alcanzada en los muros no reforzados. Figura 6. 45.- Comparación de esfuerzo y derivas máximas alcanzadas entre los diferentes muros reforzaos y con el valor promedio de los muros no reforzados. De los resultados presentados se puede comentar lo siguiente. Los refuerzos que resisten más fuerza cortante en el plano y durante el sismo mantienen la unidad hasta una deriva grande son los muros que utilizan refuerzo de caña interna, tubos PVC internos y malla friso, geomalla y malla plástica. 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 D is to rs ió n a n gu la r m áx im a (m m /m m ) Tipos de refuerzo Deriva (mm/mm) 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0 10 20 30 40 50 60 70 80 D is to rs ió n a n gu la r m áx im a (m m /m m ) Es fu e rz o a l c o rt e m áx im o ( kP a) Tipos de refuerzo Esfuerzo máx. (kPa) Deriva (mm/mm) Deriva máxima promedio de muros no reforzados Esfuerzo máximo promedio de muros no reforzados Deriva máxima promedio de muros no reforzados Página | 152 Mientras que, los reforzados con malla electrosoldada, listones de madera, o tensores de acero incrementan la resistencia, pero una vez que se alcanza la resistencia máxima se comportan como muros sin refuerzo presentando fallas frágiles con valores de deriva incluso por debajo del promedio de los muros no reforzados. 6.7. Comparación de resultados de ensayos de simulación sísmica sobre módulos En cuanto a la evaluación de la eficacia del método de reforzamiento en módulos de adobe, es conveniente analizar las curvas esfuerzo-distorsión de los módulos, ya que en todos los casos se ensayaron los módulos hasta la falla (Figura 6. 46). Figura 6. 46.- Comparación de curvas esfuerzo-distorsión en módulos reforzados [9] De los resultados obtenidos en ESS en módulos reforzados se validan los resultados de los ECC sobre muros. Ya que, la geomalla no solo incrementa la resistencia sino que incrementa la capacidad de distorsión que puede soportar el módulo antes de la falla. Esto sucede porque la geomalla mantiene la unidad y estabilidad de los componentes de la mampostería durante el sismo. En cambio, es evidente que la malla electrosoldada mejora la capacidad resistente del módulo. Sin embargo, el módulo se empieza a agrietar por las zonas no confinadas y una vez que se quiebran los alambres, se comporta como si no tuviese refuerzo. Se presenta una falla frágil. Por otro lado, el uso de la malla plástica como refuerzo externo puede dar buenos resultados porque del módulo ensayado es el que soportó mayor esfuerzo cortante y los muros tuvieron una distorsión angular aceptable. Sin embargo, la calidad de mallas que se venden en el mercado es muy variable y se dificulta elegir un estándar para su uso. 0 20 40 60 80 100 120 0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 Es fu er zo ( kP a) Distorsion angular (mm/mm) Malla electrosoldada Malla electrosoldada y viga Caña y cuerda Geomalla Cuerdas Malla plástica Página | 153 6.8. Conclusiones En este capítulo se revisaron los tipos de refuerzos sísmicos desarrollados para las viviendas de adobe. Al final se compararon estos refuerzos considerando dos tipos de resultados: la resistencia máxima y la distorsión angular última. La conclusión más importante de este capítulo es la siguiente:  Las cualidades más importantes que debe proveer un refuerzo durante un movimiento sísmico son la resistencia y la estabilidad.  Los refuerzos más efectivos son las mallas externas dúctiles: geomalla, malla de cuerdas y malla de plástico, porque proporcionan (1) resistencia a las fuerzas cortantes sísmicas y (2) confinamiento a la mampostería de adobe. Página | 154 Bibliografía [1] M. Blondet, D. Torrealva, J. Vargas N, J. Velasquez y N. Tarque, «Seismic reinforcement of adobe houses using external polymer mesh,» First European Conference on Earthquake Engineering and Seismology, Geneva, Switzerland, 2006c. [2] M. Blondet, G. Villa Garcia y S. Brzev, Construcciones de Adobe Resistentes a los Terremotos: Tutor, Primera ed., California, Estados Unidos: Earthquake Engineering Research Institute, 2003. [3] INDECI, «Módulos de vivienda de adobe reforzado con caña,» [En línea]. 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Ahora, es una realidad que las personas en áreas rurales siguen construyendo viviendas de adobe sin refuerzo porque esta técnica es económica, accesible y tradicional. El reto de un proyecto de capacitación está en sensibilizar, inducir y capacitar a este público objetivo en el uso de nuevas tecnologías de reforzamiento. En la sensibilización se debe lograr que las personas sean conscientes del peligro que corren sus vidas al residir o trabajar en viviendas de adobe sin refuerzo. La inducción es importante porque promoverá el uso de éstas nuevas tecnologías a partir de la conciencia que tiene el poblador de que debe vivir en una casa segura y saludable. Finalmente la capacitación se refiere a que adquieran la habilidad de construir viviendas reforzadas siguiendo los criterios sismorresistentes desarrollados. 7.1. Filosofía de los proyectos de capacitación El enfoque de los proyectos de capacitación debe estar basado en el “enfoque de las capacidades”. El cual consiste en aumentar las capacidades de las personas para que tengan la libertad de vivir mejor y desarrollarse [1] o, dicho de otro modo, se entiende como la expansión de las libertades que las personas y grupos valoran y tienen razones para hacerlo [2, p. 13]. Además, se valora el proceso que existe entre una potencialidad (capacidad) y una expresión concreta de ella (funcionamiento); este proceso es la decisión que la persona toma para realizar algo valioso [2, p. 21]. Se parte del concepto que las personas son ante todo libres, capaces de influir en su destino, no son pacientes, sino agentes de su propio desarrollo [2, p. 15]. De lo anterior, se deduce que los proyectos de capacitación deben ampliar las capacidades de las personas para que éstas, en el ejercicio de sus libertades, puedan asimilar y ejecutar por cuenta propia las nuevas tecnologías. 7.2. Vivienda segura y saludable Una vivienda es segura si ante la acción de eventos naturales, por ejemplo sismos, lluvias o inundaciones, resiste y protege a sus ocupantes. En tanto que es saludable si ofrece las condiciones mínimas para que los ocupantes puedan desarrollar una buena calidad de vida y, sobretodo, condiciones que permitan llevar una vida saludable. Estas condiciones se dan en términos de higiene y confort. Higiene se refiere las condiciones mínimas de saneamiento básico. Confort se refiere a las condiciones de limpieza, de ventilación, acústicas, térmicas y lumínicas. Según la ONU-HABITAD, son cinco los aspectos principales para la habitabilidad básica: acceso a agua potable, acceso a saneamiento básico, tenencia segura, durabilidad de vivienda, área suficiente para vivir [3, p. 28]. 7.3. Programas de capacitación 7.3.1. Diseño del programa de capacitación Un programa de capacitación debe tener 4 etapas: (1) evaluaciones previas, (2) sensibilización e inducción, (3) capacitación, y (4) evaluación de resultados En las evaluaciones previas se deben realizar estudios de diagnóstico, o sea, evaluar las condiciones socioeconómicas de la población, los procedimientos constructivos tradicionales y los materiales disponibles en la zona de impacto. En esta etapa se determina la importancia y pertinencia de capacitar a los pobladores. Luego, se definen los objetivos y se estructuran los contenidos del programa. Página | 159 Después, se reconocen los actores y se establecen los mecanismos de comunicación adecuados. Finalmente, se determinan las actividades de instrucción y las herramientas de apoyo que servirán para el logro de los objetivos. La sensibilización es inducción es muy importante para cumplir con el objetivo de aumentar las capacidades. Si los pobladores no toman conciencia del peligro de vivir en viviendas no reforzadas de adobe, conllevará a que los pobladores no se interesen en aprender las nuevas técnicas y menos que las apliquen. La capacitación consiste en hacerlos aptos o hábiles en el uso de determinada técnica de reforzamiento .A partir de la capacitación el poblador debería ser capaz de construir por su propia cuenta viviendas reforzadas de adobe. La evaluación de los resultados está en función si los pobladores asimilaron y aceptaron a nueva técnica de construcción. Es un proceso que por la poca frecuencia de construcción, puede tardar meses o años. 7.3.2. Herramientas de comunicación Las actividades de instrucción se realizan a través de clases teóricas y prácticas. En las clases teóricas, el personal capacitado expone conceptos del comportamiento sísmico de las viviendas de adobe reforzadas y no reforzadas, aspectos arquitectónicos y se presenta la propuesta de una vivienda segura y saludable (Figura 7. 1 a). En las clases prácticas se capacita en el uso de la nueva tecnología mediante ejercicios prácticos relacionados al sistema de reforzamiento (Figura 7. 1 b) [4] [5] [6]. Estas actividades deben ser complementadas con herramientas comunicativas que pueden ser manuales de construcción, videos didácticos, anuncios radiales y/o demostraciones a escala. (a) (b) Figura 7. 1.- (a) Clases teóricas utilizando herramientas comunicativas como papelotes o diapositivas y (b) clases prácticas enseñando a los pobladores como realizar los nudos en el caso de refuerzo con mallas. Los manuales de construcción o cartillas de difusión son documentos que explican de manera simple, ilustrada y didáctica cómo construir una vivienda de adobe segura (reforzada) y saludable (Figura 7. 2). El público objetivo de estos manuales deben ser los pobladores de áreas donde la construcción informal con adobe es predominante. A continuación se referencian algunos de estos manuales: [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]. Página | 160 (a) (b) (c) (d) Figura 7. 2.- ilustraciones didácticas sobre el proceso constructivo de un método de reforzamiento [11]. Los videos son materiales audiovisuales que sirven como herramienta de ayuda para lograr alguno de los siguientes objetivos: sensibilizar, inducir [6, p. 24] y capacitar [4, p. 17]. En los primeros se busca que los pobladores tomen conciencia sobre el riesgo de vivir en casas no reforzadas y se interesen por la necesidad de aprender la técnica reforzamiento propuesta y posteriormente aplicarla. Mientras que en los videos de capacitación se pretende explicar y mostrar los detalles más importantes de cada etapa del proceso constructivo de una vivienda de adobe. (a) (b) Figura 7. 3.- Video de sensibilización. (a) y (b) Sismo de Huaraz 1973. Las demostraciones a escala consisten en someter a cargas dinámicas a dos módulos a escala reducida, uno reforzado y el otro no, en una mesa vibratoria expuesta al público [6] [15]. Esta demostración se realiza en los lugares donde se quiere inducir esta nueva tecnología. Por ello, es importante de que la mesa vibratoria sea portátil. De esta manera, se crea conciencia sobre la importancia del uso de de refuerzos sísmicos. Este tipo de demostración se realizó con módulos a escala de adobe en Perú [6, p. 13], Nepal [15, p. 20], Pakistán [16], y con módulos de albañilería confinada en Indonesia [17] (Figura 7. 4). Página | 161 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Figura 7. 4.- Ensayo de módulos a escala reducida con y sin refuerzo en mesa vibratoria portátil, (a) demostración de los capacitadores en Perú, (b) participación de los pobladores intentando derrumbar el modelo reforzado [6, p. 48]. (c) módulos antes del ensayo en Nepal, (d) después del ensayo [15, p. 20], (e) demostración en Pakistán antes del ensayo, y (f) después del ensayo [16]. Los muros y módulos de adobe de muestra sirven como apoyo para explicar y enseñar el uso de la tecnología de reforzamiento. Primero, explicando paso a paso como se debe construir. Luego, haciendo practicar al público objetivo para que aprendan la técnica. Página | 162 (a) (b) Figura 7. 5.- Uso de (a) muros y (b) módulos de muestra [4, p. 46] para capacitar a pobladores. 7.4. Sensibilizaciones y capacitaciones A continuación se resumen los principales proyectos de sensibilización, capacitación y reconstrucción desarrollados en el Perú. 7.4.1. Proyecto PREVI - PP4. Reconstrucción de viviendas de adobe mejoradas en Catac, departamento de Ancash, Perú El proyecto PREVI empezó a desarrollarse en el Perú en 1968 y finalizó en 1973. El proyecto inicialmente tuvo 3 proyectos piloto (PP1, PP2, y PP3). El PP1 consistió en la planificación y construcción de un nuevo barrio en Lima; el PP2 en un proyecto de rehabilitación y renovación urbana en áreas degradadas de la ciudad; y el PP3 en un proyecto de viviendas de bajo costo mediante procesos de autoconstrucción; estos proyectos contemplaban el uso de materiales diferentes al adobe. Posteriormente, como respuesta al terremoto de Ancash en 1970 y otros eventos naturales catastróficos surge el PP4, que consistió en un proyecto de reconstrucción con viviendas sismo resistentes con albañilería confinada en Casma y con mampostería de adobe en Catac [18, p. 36]26 [19, p. 52]27. Las instituciones que participaron en el financiamiento y la cooperación técnica fueron el Gobierno del Perú, la ONU, y el programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD). El trabajo se desarrolló de la siguiente manera. Se realizaron estudios socioeconómicos de la población de Catac. El diseño de las casas y del barrio se hizo en colaboración con las familias beneficiarias. Se construyeron y equiparon de talleres para la producción de los componentes de construcción. Luego, se construyeron casas modelo en el lugar para entrenar oficiales de construcción para el futuro trabajo con las familias, y también para validar el diseño. Se organizaron a las familias en equipos para la construcción de grupos de viviendas según el plan urbanístico. En el marco de PP4, se construyeron 90 casas como la primera etapa en la reconstrucción de toda la ciudad lineal de más de 400 casas (Figura 7. 6 a). Una planta de producción fue entregada al gobierno peruano para continuar las operaciones de construcción de las viviendas en la reconstrucción y expansión de la ciudad. El plan para la reconstrucción del pueblo de Catac involucró primero ampliar la calle central, reposicionar los límites de propiedad y definir la plaza principal hacia un extremo de la calle. 26 Peter Land fue director de PREVI desde el inicio del proyecto en 1968 hasta la finalización en 1973. En 2016, escribió la información más importante del proyecto en el libro: “The experimental housing project (PREVI), Lima Design and technology in a new neighborhood” [18]. 27 En la investigación de Lucas, et al. (2012) [19] se realiza una evaluación del proyecto 40 años después. Página | 163 Segundo, desarrollar y construir en cada lado de la calle las primeras etapas de las casas, que posteriormente se expandirían a versiones mejoradas de la casa tradicional de la sierra (Figura 7. 6 b). (a) (b) Figura 7. 6.-Proyecto PREVI en (a) pueblo de Catac con (b) la construcción de 80 viviendas de adobe mejoradas [18, p. 484] La tecnología de las casas se explica a continuación: Se diseñaron en unidades de uno a dos espacios, con aproximadamente el mismo área (Figura 7. 7 a), Fueron de un piso con desván, bajo una cubierta a dos aguas (Figura 7. 7 b). La parte posterior de la casa contiene la cocina que en general se ubicó al otro lado del patio central. Las casas estuvieron previstas a cada lado de una calle central ensanchada. Los muros de adobe se diseñaron de cabeza y fueron impermeabilizados externamente con una capa de yeso aplicada sobre estuco. La viga collar del nivel superior fue de sección cuadrada de madera de eucalipto. Los techos utilizados fueron de calamina, fueron diseñados con un alero grande para alejar el agua de lluvia de las paredes. (a) (b) Figura 7. 7.- Planos en (a) planta y (b) elevación de la casa modelo en Catac [18, p. 485]. Como evaluación del proceso de capacitación se puede decir que se desarrollaron conocimientos y destrezas relacionados con la construcción. Estas mejoras se resumen en el uso adobes cuadrados para la construcción de viviendas modulares con muros anchos, uso de contrafuertes y viga collar (Figura 7. 8 a) [20, p. 25] [18]. El proyecto capacitó oficiales de construcción y los adultos de las familias participantes aprendieron habilidades para construir y ampliar sus propias casas. Incluso algunos pobladores se convirtieron en empresarios y trabajadores de la construcción (Figura 7. 8 b). Página | 164 (a) (b) Figura 7. 8.- (a) estructura de adobe mejorado con contrafuertes y muros anchos, y (b) vivienda finalizada con participación de la familia beneficiaria [18, p. 486]. 7.4.2. Programa COBE - Construcción con adobe estabilizado con asfalto con refuerzo interno de caña en Cayaltí, departamento de Lambayeque, Perú El proyecto COBE se inicia en 1972 en Perú, surge como respuesta al terremoto de Huaraz en 1970. El objetivo principal del proyecto fue mejorar las casas de adobe en el Perú. Para ello, se trabajó en proponer viviendas sismorresistentes de adobe, mejorar el bloque de adobe, mejorar el diseño de los muros incorporando refuerzo sísmico y mejorar el techo [21]. Primero se realizaron dos proyectos piloto en Nepeña y Huaraz, ambos pueblos en el departamento de Ancash. Luego, en 1973, el Ministerio de Vivienda construyó un conjunto de 100 viviendas en Cayaltí, departamento de Lambayeque (Figura 7. 9 a y b). Todas las zonas fueron afectadas por el terremoto. Las instituciones que participaron en el financiamiento y la cooperación técnica fueron el Ministerio de Vivienda, la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), la Universidad de California USA, el Banco de Vivienda del Perú, y la Agencia para el Desarrollo Internacional de los Estados Unidos (USAID). El proyecto COBE tuvo 5 etapas. Etapa I: se buscó información. Etapa II: se investigó la estabilización de la tierra con emulsiones asfálticas. Etapa III: se tomó la decisión de emplear el asfalto de caminos (RC-250) como estabilizador. Etapa IV: se realizaron los ensayos en los laboratorios de materiales y de estructuras de la UNI. Etapa V: en el departamento de Ancash se construyeron proyectos piloto con viviendas modelo en la costa, en Nepeña, y en la sierra, en Huaraz [22, p. 2]. En Nepeña se construyeron dos casas incorporando las mejoras estudiadas; luego en Huaraz se construyó una vivienda incorporando las mejoras y modificaciones sugeridas por la evaluación de los resultados en los laboratorios y los del proyecto Nepeña. (a) (b) Figura 7. 9.- (a) y (b) Casas de adobe en Cayaltí con adobe estabilizado. Foto: Cadillo, 2009 Página | 165 En Cayaltí, para transferir la tecnología se trató que residentes participaran como mano de obra. Sin embargo, esto creó conflictos porque no se les podía contratar por más de tr es meses porque eso les hacía socios de la cooperativa. Este hecho afectó la transmisión de la tecnología, por la excesiva rotación del personal que impedía una adecuada capacitación, y provocó retrasos en el avance de los trabajos [23, p. 4]. Según Monzón y Oliden (1990) [24] y Ginocchio, et al. (2012) [23] no se cumplieron los objetivos porque las personas beneficiarias no fueron los pobladores más afectados por el terremoto de 1970. Debido a las condiciones para obtener el crédito, sólo personas con ingresos fijos se beneficiaron con las viviendas. En lo concerniente a la resistencia de las viviendas, según Meza Cuadra [22], en una inspección técnica para evaluar los daños causados por el fenómeno del niño en 1983, las viviendas se conservaron en buen estado. En una inspección realizada el 2009 [23], se observó que en casi todas las casas se deterioró el techo por las constantes lluvias (Figura 7. 10 a). Este problema hizo que, luego de 10 a 15 años, el 60% de las casas cambien la cobertura de torta de barro por calaminas. Sólo se encontró una vivienda donde no cambiaron el techo, sin embargo, en el techo se utilizó cobertura con planchas de asbesto-cemento sobre torta de barro, lo que hizo que se mantenga, pero ya se sabe que el asbesto-cemento es cancerígeno. Otro problema encontrado fue que en una casa se derribaron los contrafuertes para que entre una moto, debilitando la estructura. La presencia de salitre en el interior y exterior de las viviendas se pudo observar en aquellas que en la parte externa mantienen un jardín con riego frecuente (Figura 7. 10 b). Según encuestas realizadas a los usuarios de las viviendas en ambas visitas (1983 y 2009), ellos aceptan la buena calidad de las viviendas y se sienten seguros viviendo en ellas. (a) (b) Figura 7. 10.- (a) techo dañado y (b) problema de salitre. Foto: Cadillo, 2009 7.4.3. Programa PUCP - Difusión de tecnología de adobe reforzado con caña interna en un proyecto de reconstrucción de viviendas en los pueblos de Nuevo Túpac Amaru, Chóchope y Canasloche. Departamento de Lambayeque, Perú El programa consistió en la reconstrucción de viviendas de los pueblos afectados por el fenómeno del niño de 1983 [5]. La reconstrucción fue ejecutada en 1984 hasta 1985 en Lambayeque, Perú, en los pueblos Nuevo Túpac Amaru, Chóchope y Lagunas, éste último fue reubicado en Canasloche. El objetivo principal fue implementar y difundir tecnologías de construcción mejorada con adobe, a través de instrucción, entrenamiento y asistencia técnica [5, p. 3]. Era requisito que los pobladores beneficiarios aporten con mano de obra en la construcción de sus viviendas (Figura 7. 11). Página | 166 Figura 7. 11.- Vivienda de adobe después del Fenómeno del Niño Las instituciones participantes en el financiamiento y la cooperación técnicas fueron la Corporación de Desarrollo de Lambayeque (CORDELAM), la Agencia para el Desarrollo Internacional de los Estados Unidos (USAID), el Servicio Nacional de Capacitación en la Industria de la Construcción (SENCICO) y la Pontificia Universidad Católica del Perú. (PUCP). El proyecto se dividió en 7 etapas: Etapa I: visita preliminar. Etapa II: Estudio de condiciones de vivienda. Etapa III: factibilidad del proyecto. Etapa IV: formulación del plan de trabajo. Etapa V: preparación del material de enseñanza y difusión. Etapa VI: entrenamiento a capacitadores y pobladores en los pueblos de Nuevo Túpac Amaru, Chóchope y Canasloche. Etapa VII: Asistencia técnica en la etapa de ejecución. Se programó construir 140 casas en Nuevo Túpac Amaru y 100 casas en Chóchope. La tecnología mejorada consistió en reforzar los muros internamente con un entramado de caña. Adicionar arena gruesa y paja a los boques de adobe y al mortero. Usar cimentación de concreto. En la parte superior colocar viga collar de madera y encima un techo con trocos de eucalipto con torta de barro. Se realizaron actividades de difusión y capacitación en los tres pueblos afectados y en la ciudad de Chiclayo. Primero se realizaron actividades de difusión repartiendo material didáctico, o sea, folletos y videos. Se realizaron charlas de difusión a varios niveles: ingenieros, maestros de obra y pobladores. Se elaboró un expediente técnico, donde aparecían los planos, metrados de materiales y el presupuesto. Luego, se entrenó a maestros y albañiles locales a través de SENCICO. En cuanto a la reconstrucción el primer paso fue la fabricación de adobes y luego la construcción de viviendas con la tecnología mejorada (Figura 7. 12). (a) (b) (c) Figura 7. 12.- Reconstrucción de viviendas en Nuevo Túpac Amaru, (a) charlas de difusión a pobladores, (b) fabricación de adobes y (c) construcción de vivienda [5] Página | 167 Como resultado al final del proyecto sólo se construyeron 14 casas en Nuevo Túpac Amaru (10%). en Chóchope se construyeron 69 casas (69%). Mientras que en Canasloche sólo se realizaron actividades de difusión en el uso de la técnica, no se construyeron casas [5, p. 15]. Durante los trabajos de construcción se observó que el refuerzo sísmico no fue muy valorado por los pobladores, debido a que la pérdida de sus viviendas fue causada por lluvias e inundaciones y no por un terremoto. Se puede ver que el interés de los pobladores en aprender nuevas tecnologías está en función de sus experiencias (inundaciones) ó necesidades. Por ejemplo, en Chóchope se incrementó el número de participantes con el incentivo de repartición de alimentos. En visitas de inspección realizadas por Gnocchio, et al. (2012) [23] en Nuevo Túpac Amaru y en Chóchope, se observó que los techos estaban deteriorados o fueron reemplazados por otros de mayor calidad y durabilidad pero con colocación precaria (Figura 7. 13 a). Las bases de los muros sufrieron ataques de salitre a pesar de que están protegidos con sobrecimientos (Figura 7. 13 b). Adicionalmente, en el proyecto original no se contemplaron las instalaciones eléctricas. La falta de asesoría técnica hizo que los pobladores colocaran cables que ponen en peligro a los ocupantes de la vivienda (Figura 7. 13 c). (a) (b) (c) Figura 7. 13.- Reconstrucción de viviendas en Chóchope, (a) techos deteriorados, (b) fachadas con salitre y (c) peligro de cables eléctricos [23] En ningún poblado el sistema constructivo de adobe con refuerzo interno de caña fue replicado. Sin embargo, si se asimiló el uso de cimentaciones de concreto. 7.4.4. Proyecto GTZ-CERESIS-PUCP. Programa de reforzamiento de viviendas de adobe piloto con malla electrosoldada El programa consistió en el reforzamiento con malla electrosoldada de 19 viviendas piloto. Se ejecutó entre 1998 y 1999 en varios departamentos del Perú. Fue parte del proyecto “Técnicas para el reforzamiento sísmico de viviendas de adobe” [25]. En el cual, entre 1994 y 1999, se estudiaron diversas técnicas de reforzamiento para viviendas de adobe existentes y se concluyó que la técnica más apropiada es el reforzamiento con malla electrosoldada recubierta con mortero de cemento. El objetivo del programa fue difundir la tecnología de reforzamiento y detectar los diversos problemas encontrados in situ. El proyecto se realizó con el financiamiento de la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (GTZ), administrado por el Centro Regional de Sismología para América del Sur (CERESIS) y ejecutado por la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). Se seleccionaron viviendas de 1 a 2 pisos que se ubicaron en zonas sísmicas y tuvieron un mínimo de deterioro en sus paredes (Figura 7. 14 a). Se eligió reforzar 19 viviendas de diferentes dimensiones: Página | 168 4 en Ancash, 4 en Cusco, 2 en Tacna, 3 en Moquegua, 2 en Ica, y 4 en La Libertad [26]. Ya que se reforzó sobre viviendas existentes, se buscó que los defectos existentes sean subsanables28; caso contrario, la aplicación de la técnica podría no ser efectiva. La tecnología mejorada consistía en el uso de mallas electrosoldadas de 1 mm de diámetro y cocadas de 19 mm, clavadas con chapas metálicas en el muro de adobe e interconectadas de lado a lado con alambre nº8. Estas mallas se colocaron en franjas horizontales y verticales, simulando vigas y columnas. Finalmente se tarrajeó con mortero de cemento-arena 1:4. El trabajo en cada población se realizó en coordinación con las familias beneficiarias. Antes del reforzamiento se capacitó a albañiles en cada localidad. El reforzamiento de las viviendas se realizó con la participación de técnicos de la PUCP, albañilees capacitados de la zona y las familias beneficiarias (Figura 7. 14 b). (a) (b) Figura 7. 14.- Reforzamiento de viviendas existentes, (a) de dos pisos, y (b) de un piso [26] Tras el terremoto de Arequipa del 23 de junio de 2001, cinco viviendas construidas al sur del Perú, 3 en Moquegua y 2 en Tacna, soportaron sin presentar daños. Mientras que las viviendas vecinas tuvieron fuertes daños o colapsaron (Figura 7. 15 a y b) [27] [25] [28] [29]. Otro terremoto destructivo ocurrió en 2005 en Tarapacá, Chile, y nuevamente las viviendas reforzadas no presentaron daños. (a) (b) Figura 7. 15.- (a) y (b) Estado final de las viviendas reforzadas y no reforzadas después del terremoto del 23 de junio de 2001 [30] Tras el terremoto del 15 de agosto de 2007 en Ica, las dos casas de un piso construidas en Guadalupe y Pachacútec se pusieron a prueba. Estas dos casas se ubicaron a 113 km y 130 km de distancia al epicentro respectivamente. Según la distribución de intensidades de terremoto, los picos de 28 En [26] se tipifican los defectos encontrados en viviendas existentes. Página | 169 aceleración en ambas zonas fueron de 0.37 g y 0.20 g respectivamente [31]. El resultado fue que ambas casas soportaron sin daños el terremoto y sus réplicas (Figura 7. 16 a y b) [32] [33]. (a) (b) Figura 7. 16.- Estado final de las viviendas reforzadas después del terremoto del 15 de agosto de 2007, (a) Guadalupe [33] y (b) Pachacútec [32] 7.4.5. Proyecto COPASA-GTZ. Proyecto de reconstrucción de viviendas de adobe post-sismo del 23 de junio de 2001 El proyecto consistió en la reconstrucción de más de 450 viviendas de adobe reforzado para las personas afectadas por el terremoto del 23 de junio de 2001. Se complementó con la construcción de 16 módulos de difusión. El proyecto se ejecutó entre el 2001 y 2003 en los pueblos afectados de Arequipa. El proyecto se realizó con el financiamiento del gobierno federal de la Republica Alemana a través de la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (GTZ) y el proyecto especial de Cooperación para el proceso de Autodesarrollo Sostenible de Arequipa (COPASA). Tuvo la asesoría técnica de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y el Servicio Nacional de Normalización, Capacitación e Investigación para la Industria de la Construcción (SENCICO). Este fue un proyecto de emergencia. Por lo que se decidió reconstruir viviendas destruidas las provincias de Castilla, Condesuyos, Caylloma y La Unión en el departamento de Arequipa, Perú. Para empezar se diseñó un módulo de vivienda básico. Luego, se capacitó a técnicos en la construcción. Después, se produjo un manual de construcción. Finalmente, se ejecutó la construcción de viviendas. El modelo de vivienda es de dos ambientes de 36 m2 de área techada. La tecnología mejorada consistió en el uso de cimientos corridos y sobrecimientos de concreto. El refuerzo en los muros fueron con mallas electrosoldadas, similar al utilizado en el Proyecto GTZ-CERESIS-PUCP, pero con la adición de una viga collar de concreto armado. El techo fue hecho con viguetas de madera y cobertura de calamina o teja de micro-concreto. El primer paso del proyecto fue la capacitación a técnicos en la construcción con la tecnología mejorada. Fue realizada por profesores de la PUCP mediante cursos teórico - prácticos dirigidos a instructores de SENCICO, personal del Banco de Materiales y la Cruz Roja. La experiencia de reforzamiento se realizó en dos viviendas de adobe existentes, ubicadas en Yarabamba, Arequipa (Figura 7. 17 a y b). Luego, los instructores de SENCICO capacitaron a 42 maestros de obra. Los mismos que participaron en la reconstrucción donde participaron 1800 beneficiarios en 29 centros poblados dentro de las tres provincias de Arequipa [34, p. 20]. El costo promedio fue de US$ 1714 (US$/m2 47,6) un 37% más que una vivienda no reforzada. Del costo total cada familia beneficiaria Página | 170 aportó el 33 % en mano de obra no calificada y materiales locales, el proyecto contribuyo con el 67 % restante [34, p. 18] (a) (b) Figura 7. 17.- Capacitación a instructores en reforzamiento con malla electrosoldada, (a) clases teóricas, y (b) clases prácticas sobre viviendas existentes [25]. Para la reconstrucción, COPASA produjo un manual técnico didáctico para apoyar las labores de construcción donde se explicó paso a paso las tareas de construcción del módulo. Finalmente, el proyecto se ejecutó en las zonas afectadas con la participación de técnicos y de los pobladores beneficiarios (Figura 7. 18 a y b). (a) (b) Figura 7. 18.- (a) y (b) Vivienda reconstruidas en el Proyecto COPASA-GTZ con la participación de los beneficiarios [34]. La evaluación del proyecto muestra logros importantes como la reconstrucción de 450 viviendas beneficiando a la misma cantidad de familias. Otro logro es la capacitación, en SENCICO, de 20 instructores y 42 maestros de obra, además de los 1800 beneficiarios que aprendieron el uso de la técnica mejorada durante la reconstrucción. Durante el proyecto se sensibilizó a la población en temas de gestión de riesgo sísmico [34, p. 14]. El sismo del 13 de diciembre de 2012 en Chinini, ubicado en la provincia de Caylloma, Arequipa (Magnitud = 5,3, foco a 9 km) probó a 10 viviendas reconstruidas en ese poblado y no tuvieron daños. Mientras que el 90% de las viviendas no reforzadas en Chinini presentaron daños [34, p. 15]. Página | 171 7.4.6. Proyecto PUCP, CARE Perú, SENCICO y FORSUR. Proyecto de reconstrucción de viviendas de adobe post-sismo del 15 de agosto de 2007. El proyecto consistió en la capacitación masiva dirigido a la población afectada por el terremoto de Pisco del 15 de agosto de 2007. Se ejecutó entre 2007 y el 2009 en los departamentos de Lima e Ica. El proceso de capacitación se diseñó para que sea “en cascada” es decir, al inicio pocas personas son capacitadas, luego estas capacitan a más personas, quienes a su vez capacitan a muchas más [4, p. 18]. Las instituciones que participaron en el proyecto fueron la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), la ONG CARE Perú, el Servicio Nacional de Normalización, Capacitación e Investigación para la Industria de la Construcción (SENCICO), y el Fondo de Reconstrucción de Sur (FORSUR). La capacitación se realizó en dos etapas. Primero, la capacitación se realizó en el campus de la PUCP en diciembre de 2007. Después, la capacitación se realizó en las zonas afectadas por el terremoto, específicamente en las provincias de Cañete, Pisco y Chincha, entre el 2008 y el 2009. La tecnología mejorada consistió en reforzar las viviendas con geomallas. En la capacitación realizada en el campus de la PUCP participaron maestros de obra, albañiles y técnicos de construcción civil de las zonas que fueron afectadas por el terremoto de Pisco. Muchos de los participantes fueron escogidos por los gobiernos locales de las áreas afectadas. Se realizaron clases teóricas y prácticas. Las clases teóricas, que duraron 7 horas durante 12 días, se complementaron con cartillas de difusión y un video didáctico29 (Figura 7. 19 a). Las clases prácticas se realizaron mediante la construcción de una vivienda modelo y un muro de adobe auxiliar (Figura 7. 19 b y c) (a) (b) (c) Figura 7. 19.- Capacitación en el campus PUCP, (a) clases teóricas, (b) practicas sobre un muro de adobe auxiliar, y (c) sobre una vivienda modelo [4, p. 21] La segunda etapa de la capacitación se realizó en las provincias de Cañete, Pisco y Chincha y estuvo dirigida a público en general y en especial a personas cuyas viviendas fueron afectadas por el terremoto. También se realizaron clases teóricas y prácticas. La metodología aplicada fue la de “aprender haciendo” donde los pobladores participaron de la construcción de las viviendas modelo, se construyeron en total 9 viviendas modelo, 3 en cada provincia (Figura 7. 20). 29 El detalle de los contenidos se encuentra en [4] Página | 172 (a) (b) (c) Figura 7. 20.- Capacitación en el campus PUCP, (a) clases teóricas, (b) elaboración de adobes, y (c) construcción de vivienda modelo [4] El número de personas participantes en los talleres teóricos y prácticos fueron 883 y 276 respectivamente. Sólo 102 aprobaron el examen de conocimientos y fueron reconocidos como técnicos de construcción con adobe reforzado. Además, 9 familias se beneficiaron con la construcción de las viviendas modelo [4, p. 52]. Durante la capacitación se presentó la oposición de los pobladores para fabricar adobes con las dimensiones especificadas en las cartillas de difusión. En este proyecto se trató de implementar el bono6000. El cual, consistía en entregar un bono de 6000 soles por parte FORSUR a las familias cuyas viviendas se destruyeron. De este bono, 1000 soles deberían ser usados para pagar al personal calificado y 5000 soles para adquirir el kit de materiales. Sin embargo, este bono fue suspendido por irregularidades. 7.4.7. Proyecto de la DARS-PUCP en Ayacucho. El proyecto consistió en la sensibilización a pobladores de una zona andina rural del riesgo sísmico de las viviendas de adobe; y de la capacitación en el uso de refuerzo sísmico. Se ejecutó en el pueblo de Pullo, departamento de Ayacucho, Perú, entre el 2014 y 2015. Se eligió este pueblo porque muchas viviendas fueron dañadas a causa de un temblor, de Magnitud = 6,6, ocurrido el 24 de agosto de 2014. Las instituciones que participaron en el proyecto fueron la Dirección Académica de Responsabilidad social (DARS) de la PUCP, y la ONG Caritas Caravelí. El proyecto se divide en 3 etapas. Primero, se realizó un diagnostico situacional de Pullo. Luego, se hicieron actividades de sensibilización del riesgo sísmico de las viviendas de adobe no reforzadas. Finalmente, se realizaron actividades de capacitación en el uso de refuerzo sísmico. La tecnología mejorada utilizada fue el uso de refuerzo sísmico de malla de cuerdas. Las actividades de diagnóstico consistieron en precisar la situación actual de las viviendas de adobe y realizar una investigación preliminar de la demografía, las características socio-económicas de la población y los actores clave de la localidad (Figura 7. 21 a y b). También se realizaron entrevistas a los pobladores sobre sus experiencias con la autoconstrucción y conocimiento de sus viviendas. Finalmente, se identificaron los materiales de construcción accesibles en la zona. Página | 173 (a) (b) Figura 7. 21.- Actividades de diagnóstico, (a) viviendas dañadas, y (b) colapso de cercos. Los objetivos de las actividades de sensibilización fueron hacer tomar conciencia a los pobladores del riesgo sísmico de sus viviendas de adobe no reforzadas y hacer notar la importancia del uso de un refuerzo sísmico. Para ello, se preparó material didáctico consistente en una mesa vibratoria semi- portátil. Se ensayaron módulos a escala reforzados y no reforzados. Se mostró cómo el módulo reforzado previno el colapso, mientras que el módulo no reforzado colapsó totalmente (Figura 7. 22 a). También se prepararon videos de sensibilización donde se mostraron las imágenes catastróficas de las zonas afectadas después del sismo de Huaraz de 1970 (Figura 7. 22 b). (a) (b) Figura 7. 22.- Actividades de sensibilización, (a) ensayo con mesa vibratoria de modelos a escala, y (b) imágenes de Huaraz después del terremoto de 1970 Las actividades de capacitación se realizaron mediante clases teóricas y prácticas. Se enseñó el anudado de las cuerdas y posteriormente se utilizó un muro existente de apoyo para enseñar a los pobladores la colocación del refuerzo sísmico de mallas de cuerdas (Figura 7. 23 a y b). (a) (b) Figura 7. 23.- Actividades de capacitación, (a) anudado de cuerdas, y (b) colocación de refuerzo en muro de adobe existente [4] Página | 174 En el proyecto participaron alrededor de 50 personas. Al ser un proyecto reciente falta que pase más tiempo para evaluar el éxito de las capacitaciones. Este éxito se puede medir en función de la cantidad de nuevas casas reforzadas que se construyan en el futuro. 7.5. ¿Cómo se deberían construir las viviendas tradicionales de adobe? A continuación se mostrará el procedimiento adecuado para la construcción de una vivienda de adobe. 7.5.1. Fabricación de los bloques de adobe mejorados Selección y preparación del material El primer paso es seleccionar la cantera del material. Ésta debe cumplir las siguientes condiciones: (1) estar cerca del lugar de construcción, para que no suban los costos por transporte de material. (2) El suelo no debe presentar materias orgánicas, aunque no se encontró relación directa de la presencia de materias orgánicas en la resistencia de la mampostería, se presume que ésta, en grandes proporciones y a largo plazo, se degradará produciendo vacíos que debilitarán y reducirán la resistencia de la mampostería de adobe. En el caso de la necesidad de construir la vivienda en terrenos de cultivo se debe excavar hasta encontrar un suelo “no orgánico” y eliminar el primer estrato orgánico (de color negro). (3) El contenido de arcilla debe estar entre el 10 y 20% en del peso total, ya que una excesiva cantidad de arcilla conlleva a la pérdida de resistencia de la mampostería. La cantidad de limos debe estar en el rango de 15 a 25 %. En total la cantidad de finos que pasan el tamiz N°200 no debe exceder el 45%. También es deseable que el límite líquido del suelo esté entre 20 y 40 %. Ya que por debajo de 20 % el suelo no tiene la arcilla suficiente para desarrollar adherencia y por encima de 40 % se trata de un suelo muy plástico y con comportamiento deficiente ante la humedad [20]. Para cumplir con estos porcentajes existen pruebas de campo que tienen indicadores de un buen suelo. Las pruebas de campo más conocidas son las siguientes: prueba de la resistencia seca o de la bolita, prueba del disco, prueba del rollo, prueba de la botella, prueba del color, prueba del olor, prueba del brillo y la prueba dental. El ensayo de resistencia seca o prueba de la bolita consiste en preparar tres o más bolitas de 20 mm de diámetro con el suelo hidratado, luego esperar a que se seque durante 24 horas, y, finalmente, presionar con los dedos pulgar e índice (Figura 7. 24 a y b). Si la bolita se desmorona fácilmente es un suelo muy arenoso y no es adecuado porque carece de cantidad suficiente de arcilla. Si se quiebra en dos o tres partes y ofrece dificultad al romperse, el suelo es bueno. Si no se puede fracturar y se deforma, el suelo tiene demasiada arcilla [20] [35] [36]. Otra variante de este ensayo es el de la prueba del disco [13]. Este ensayo consiste en preparar 3 discos de 30 mm de diámetro y 15 mm de espesor, dejarlo secar durante 48 horas, y luego presionarlos con los dedos pulgar e índice (Figura 7. 24 c). Si el disco se aplasta fácilmente, el suelo es de baja resistencia. Si el disco no se rompe o lo hace con dificultad, el suelo es de mediana a alta resistencia. Página | 175 (a) (b) (c) Figura 7. 24.- prueba de la bolita (a) preparación de bolitas de adobe de 20 mm de diámetro, (b) forma de presionar con los dedos pulgar e índice, y (c) prueba del disco [13] La prueba del rollo consiste en preparar un rollo de barro de 5 a 10 mm de diámetro moldeándolo entre las manos. Si el rollo se rompe antes de lograr una longitud de 50 mm el suelo es muy arenoso. Si se puede hacer un rollo entre 50 y 150 mm entonces el suelo tiene la cantidad de arcilla adecuada para elaborar los adobes. Si la longitud del rollo supera los 150 mm entonces el suelo es muy arcilloso y se debe agregar arena si se quiere utilizarlo [35]. Tejada (2001) propone que la longitud para definir entre buen suelo y suelo muy arcilloso sea 100 mm (Figura 7. 25). (a) (b) (c) Figura 7. 25.- Prueba del rollo (a) Longitud ideal de 5 a 15 cm, (b) si se rompe antes de llegar a los 5 cm el suelo es arenoso, y (c) si supera los 15 cm el suelo es muy arcilloso [35]. La prueba de la botella proporciona los porcentajes aproximados de limos, arcillas y arenas. Primero se tiene que llenar una botella, de 1/2 litro a más de capacidad, con el suelo, hasta 1/4 del volumen total. Luego se llena el resto con agua y se agita el contenido dejándolo en suspensión durante 24 horas. Por sedimentación los materiales más pesados y las arenas reposarán en el fondo de la botella, luego se asentarán los limos y finalmente las arcillas (Figura 7. 26). Si se mide el espesor de cada material reposado se pueden establecer los porcentajes de limos, arcillas y arenas [35]. Tejada (2001) dice que es suficiente 5 horas para que la arcilla se asiente. (a) (b) Figura 7. 26.- Prueba de la botella (a) Se llena todo el volumen de la botella (Vt) con el suelo (1/4 Vt) y agua (3/4 Vt), se agita y se deja reposar, y (b) se mide los espesores asentados [35]. Página | 176 Observando el color del suelo también se pueden tener algunos indicadores. Por ejemplo, los suelos negros son orgánicos. Los suelos claros y brillantes posiblemente sean inorgánicos. Si son grises claros son limosos, con carbonato cálcico, poco cohesivos. Si son rojos presentan óxidos de hierro, lo que indica que son buenos suelos. El brillo también es un indicador; si cortamos una masilla de suelo y se observa que es opaco, el suelo es arenoso; si es mate puede que el suelo sea limoso y con poca arcilla, si es brillante el suelo es arcilloso [20]. La prueba dental es una prueba subjetiva que consiste en morder un molde de suelo. Si el suelo rechina entre los dientes se tiene un suelo arenoso; si rechina ligeramente se tiene un suelo limoso. Si no rechina y es suave se tiene un suelo arcilloso [20]. Adicionalmente, si el suelo tiene un olor rancio es por la presencia de sustancias orgánicas. El segundo paso para la elaboración de los adobes es seleccionar la paja. El tipo de paja está en función de la ubicación geográfica. Existen varios tipos como: de arroz, de trigo, gras común, bagazo de caña e ichu [20]. En todos los casos se recomienda utilizarla en trozos de 50 a 100 mm. Mezclado e hidratación del suelo Antes del moldeo de los bloques de adobe, se tiene que preparar al suelo haciéndolo “dormir”. El dormido consiste saturarlo y dejarlo secar. Para ello, se preparan rumas de material en forma de conos y se mojan hasta que el suelo este completamente saturado. En este proceso es indistinto que se le agregue la paja. Se deja secar al aire libre durante 48 horas. (a) (b) (c) (d) Figura 7. 27.- preparación del barro para hacer adobes [9, p. 19] Tejada (2001) [20] señala que un adobe elaborado con el proceso de hidratación indicado a los 28 días tiene una resistencia a compresión aproximada de 1,96 MPa; mientras que uno sin este proceso tiene una resistencia a compresión de 1,18 MPa. Este fenómeno se explica porque al remojar e hidratar el suelo, este desarrolla la capacidad adherente de la arcilla. Además, con la hidratación prolongada se origina un efecto bacteriano de fermentación que incrementa la capacidad aglomerante de la arcilla. Figura 7. 28.- Resistencia a compresión del adobe y su proceso de preparación 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 19 21 23 25 27 29 31 R es is te n ci a (M P a) Tiempo (días) Mezclado en seco Hidratacion previa de 24 h Página | 177 Preparaciones previas para la fabricación Se recomienda que las gaveras tengan base porque los adobes irregulares requieren juntas más anchas en el asentado del muro, reduciendo así, la capacidad resistente a fuerzas cortantes del muro. Se deben dejar rendijas en dos de los lados de la base para posibilitar la entrada de aire, y de esta manera, que el adobe, aun húmedo, pueda salir de la gavera con facilidad. Otro aspecto importante es que se deben elaborar las gaveras con dimensiones 10 mm mayores en cada lado con respecto a las dimensiones deseadas. Por ejemplo, si se desea elaborar adobes de 100x200x400 mm, las dimensiones de la gavera serán de 110x210x410 mm, debido a que el suelo se contrae al secar. Si la construcción se reforzará con cañas internas, las gaveras deben estar diseñadas de modo que durante el moldeo en el adobe se forme un surco semicircular (Figura 7. 29). Figura 7. 29.- Gaveras o adoberas a utilizar para la fabricación de adobes, notar la parte del molde semicircular. Antes de preparar los adobes se debe preparar el espacio donde éstos se fabricarán y secarán, a estos espacios se les denominan “tendales” (Figura 7. 30 a). Los tendales deben ser superficies de tierra niveladas, sobre las cuales deben echarse arena fina para que los adobes no se peguen a la superficie. Es importante que la superficie sea de tierra para que haya cierta compatibilidad en los procesos de infiltración y evaporación de agua, y de esta manera, reducir el alabeo. En zonas calurosas es preferible que tenga techo o cubierta para mitigar la excesiva evaporación y consiguiente contracción o generación de vacíos (Figura 7. 5 b). (a) (b) (c) Figura 7. 30.- (a) uso del tendal [37, p. 14], (b) nivelación, compactación del terreno y roseado con una capa de arena fina, (c) cubierta del tendal [9, p. 18]. Por el mismo motivo, este rociado de arena también se debe realizar sobre las superficies internas de las gaveras. Además, las gaveras un día antes de la fabricación deben sumergirse en agua varias horas de modo que esté completamente saturado. Esto se hace para que la humedad de los adobes no le afecte. Página | 178 Fabricación de adobes El primer paso para moldear los adobes es humedecer con agua los moldes. Luego, se tiene que echar arena fina en el interior de los moldes para que el barro no se pegue a los costados. Se debe lanzar, con las dos manos y con fuerza, una masa de barro sobre las gaveras, de modo que se llenen todos los espacios dentro de ella. Esto último se debe realizar tanto en las gaveras con o sin fondo. Este proceso se debe repetir hasta que la masa sobresalga del molde. Si tiene fondo para mayor comodidad se recomienda hacerlo sobre una mesa, y si no lo tiene se debe realizar directamente sobre el tendal. Luego, con una regla se nivela la superficie expuesta, y finalmente, se desmolda en el tendal en forma ordenada. El vaciado debe ser rápido de modo que se vierta el material conservando su forma y el desmolde debe hacerse con suaves vibraciones de modo que el adobe no se dañe. El proceso se puede ver en la Figura 7. 31 y la Figura 7. 32. (a) (b) (c) (d) Figura 7. 31.- Proceso de elaboración de los adobes con gaveras con fondo (a) Llenado del molde, (b) alisado de la cara superior, (c) y (d) vaciado y desmolde del adobe [38]. (a) (b) (c) (d) Figura 7. 32.- Proceso de elaboración de los adobes con gaveras sin fondo (a) Llenado del molde, (b) compactado, (c) enrasado y (d) desmolde del adobe. [9] Proceso de secado El proceso de secado varía según el clima. En general, lo adobes deben permanecer echados durante 3 días, luego, se deben poner de canto, durante unas dos semanas, para completar el proceso de secado. A este tiempo, se pueden apilar uno sobre otro en rumas de 10 a 12 hiladas, aislándolo de la humedad del suelo y protegiéndolo del agua. 7.5.2. Proceso constructivo de las viviendas de adobe reforzadas Ubicación de la vivienda Las estructuras de adobe son vulnerables a diferentes peligros. El peligro sísmico no es el único, además, existe el peligro de inundaciones, el peligro de estar en una zona de derrumbes, huaycos o avalanchas y el peligro de estar cimentado en un suelo inestable, colapsable, o blando. Por ello, se deben evitar los posibles peligros a que estén expuestas las viviendas para reducir el riesgo de las personas que los habitan. Página | 179 Las construcciones se deben ubicar en zonas secas, sólidas y planas con un suelo firme y resistente de roca o grava (Figura 7. 33 a) [20, p. 55] [11, p. 20]. Si es que se va a construir en pendientes inclinadas, adicionalmente se deben construir andenerías o muros de contención de piedra y concreto. Además, se debe construir un canal de drenaje para que el agua no afecte la vivienda (Figura 7. 33 b). (a) (b) Figura 7. 33.- Condiciones ideales para la ubicación de la vivienda, (a) suelo seco, firme y resistente de roca o grava, y (b) en pendientes se deben construir muros de contención y canales de drenaje [11, p. 20]. No se debe construir en zonas expuestas al agua como áreas de influencia de los ríos, zonas inundables, lugares por donde hayan pasado huaycos o derrumbes en años anteriores ni en lugares donde haya ascenso de agua en zonas de nivel alto de agua subterránea (Figura 7. 34). (a) (b) Figura 7. 34.- ejemplos de zonas expuestas al agua donde no se debe construir, (a) cerca al cauce de los ríos, (b) zonas con nivel alto de agua subterránea [11, p. 21] Hay que evitar construir en fallas geológicas ni en zonas inestables. También se debe evitar construir al lado o debajo de viviendas antiguas, con daños notorios o en peligro de colapso (Figura 7. 35) (a) (b) Figura 7. 35.- ejemplos de peligro de colapso de casas antiguas, (a) debajo, (b) al lado [11, p. 20] Página | 180 Obras preliminares Antes de la construcción se deben tener las siguientes herramientas: wincha, manguera, tijeras de jardín, nivel zaranda, rastrillo, plomada, martillo, lata o balde, cordel, pala, pico y carretilla (Figura 7. 36). Figura 7. 36.- Herramientas requeridas para la construcción de una vivienda de adobe [8] Las obras preliminares constan de la limpieza del terreno, nivelación, cortes y rellenos, trazado de muros y replanteo de tuberías [20, p. 55]. Se limpian los elementos inútiles para la obra por ejemplo basuras, raíces, hierbas, piedras grandes (Figura 7. 37). La nivelación consiste en crear un plano con un nivel de referencia. Para ello es necesario realizar cortes en el terreno, ya que normalmente tienen cierta pendiente. Si es que hay que realizar rellenos, estos tienen que estar bien compactados. (a) (b) (c) Figura 7. 37.- Trabajos preliminares, (a) limpieza del terreno, (b) colocación de estacas para nivelación, y (c) nivelación y cortes del terreno [11, p. 29 y 30] Excavación de zanjas La excavación de zanjas se realiza según la ubicación de los cimientos en los planos. Según la norma “E.080: Adobe” [39] la profundidad mínima de cimentación debe ser de 600 mm y el ancho mínimo Página | 181 de los cimientos 400 mm. Hay que notar que las construcciones de adobe no requieren de cimentaciones muy profundas. Figura 7. 38.- Excavación de zanjas [11] Página | 182 Construcción de la cimentación Los cimientos de una casa deben construirse con concreto ciclópeo (Figura 7. 39). Figura 7. 39.- construcción de cimientos con concreto ciclópeo [11] Construcción de los Sobrecimientos Los sobrecimientos deben construirse encima del cimiento y hasta una altura de 200 mm sobre el nivel de piso terminado (NTP), aunque, se recomienda que alcance los 300 mm (NTP+300 mm) para proteger al muro de los efectos erosivos del agua superficial, efectos de capilaridad, entre otros. El sobrecimiento debe tener el ancho del muro de adobe y su superficie debe quedar perfectamente nivelado para la posterior colocación de los adobes. Se debe buscar que esta superficie tenga cierta rugosidad para permitir la adherencia entre el sobrecimiento, el mortero y el muro. Figura 7. 40.- construcción de sobrecimientos de concreto [11] Construcción de muros de mampostería de adobe Seguido a esto, se procede con la construcción de los muros de adobe. En primer lugar los adobes deben ser limpiados de materias extrañas. Los bloques, antes del asentado se deben remojar, colocándolos sobre 5 a 10 mm de agua aproximadamente, se deben humedecer por lo menos las dos caras horizontales durante 10 a 15 minutos. Luego, se coloca una capa de mortero entre la primera hilada de adobes y el sobrecimiento. Después, se colocan los adobes. Se debe controlar que el ancho de las juntas verticales horizontales sea de 20 mm. Se debe controlar también la horizontalidad y la Página | 183 verticalidad del muro. Este procedimiento se repite en las próximas hiladas, pero, intercalando o amarrando los adobes de modo que no se forme una junta vertical en todo el alto. Existen diferentes tipos de amarre, y éstos, se utilizan según la forma del muro, el tamaño de los adobes y su forma, cuadrada o rectangular. Los amarres más conocidos son el de soga, el de cabeza, y el mixto. Los encuentros entre muros deben estar “trabados”. De esta forma los muros perpendiculares servirán como apoyos que restringirán los desplazamientos excesivos del muro trabado. Los encuentros típicos son en las esquinas, en “L”, en el interior de las casas cuando nace un muro perpendicular, en “T” y en el interior cuando se entrecruzan dos muros, en “Cruz”. (a) (b) (c) Figura 7. 41.- Tipos de amarre de los muros con adobes cuadrados, en (a) L, (b) T, y (c) X [11]. Se debe asegurar la estabilidad del muro de adobe restringiendo sus desplazamientos y aumentando su resistencia. Existen dos prácticas recomendadas para este fin, la primera de ellas es el uso de contrafuertes, que son elementos que se construyen perpendicular a los muros, de modo que aportan resistencia ante cargas perpendiculares al plano del muro, además que reducen la longitud libre. Su longitud no debe ser menor que tres veces el espesor del muro arriostrado. La segunda es el uso de la viga solera o viga collar. Es un tipo de arriostre horizontal que se coloca encima de la última hilada de adobe y proporcionara el efecto de diafragma rígido, restringiendo y tratando de uniformizar los desplazamientos de todos los muros, “amarrándolos” en el plano horizontal. En general, se hacen de madera o concreto armado, ambos elementos tienen una alta rigidez en su plano. Los muros deben de tener algún tipo de reforzamiento ya sea de cañas internas, cuerdas, geomallas, mallas electrosoldadas, entre otros30. (a) (b) Figura 7. 42.- Tipos de refuerzos, (a) cuerdas [9], (b) geomallas [11] 3030 Los tipos de refuerzo se estudiaran a detalle en el capítulo 6 Página | 184 La viga collar también tiene la función de transmitir uniformemente la carga proveniente del techo a los muros. (a) (b) Figura 7. 43.- Elementos rigidizadores, (a) viga collar y (b) contrafuertes. [11] Construcción del Techo Se explicará el proceso constructivo de dos tipos de techo: inclinado y plano. En el techo inclinado primero se deben construir los tijerales de madera, luego estos se deben rigidizar con viguetas transversales. Para los tijerales y viguetas se propone el uso de caña Guayaquil de 100 mm. La estructura de techo debe ir apoyada sobre la viga collar. Antes de colocar la cobertura se debe poner plástico para evitar infiltraciones, totora y finalmente torta de barro (Figura 7. 44 a). Los costados de los tijerales se deben tapar con caña chancada y recubrirla con barro. Figura 7. 44.- Techo inclinado [11] En cuanto al techo plano, se deben colocar viguetas de caña Guyaquil, de 100 o 125 mm, encima de la viga collar y fijarlas con clavos de 100 mm. Las viguetas deben sobresalir 400 mm a cada lado. Encima se debe colocar una capa de caña chancada, luego plástico, totora, y finalmente dos capas de torta de barro de 25 mm de espesor (Figura 7. 45 b). Página | 185 (b) Figura 7. 45.- Techo plano [11] Acabados Concluida la parte estructural se hacen los acabados. Los revestimientos son muy importantes en la conservación de los muros de adobe, ya que los protegen ante las acciones del intemperismo en la fachada exterior, y contribuyen con la limpieza del ambiente en la parte interior. Se recomienda que el enlucido se haga con una mezcla de cemento arena o de yeso y encima pintarlo (Figura 7. 46 a). Finalmente, el piso es importante en la higiene de una vivienda [20, p. 72]. Ya que, éste aísla la humedad del suelo y hace posible mantener un ambiente seco y, por ende, saludable. Se recomienda usar un suelo de concreto o madera (Figura 7. 46 b). (a) (b) Figura 7. 46.- Construcción de (a) enlucidos y (b) pisos [11] Página | 186 7.6. Conclusiones En este capítulo primero se revisó la teoría de los programas de capacitación: sus fundamentos, diseño y herramientas. Después, se revisaron casos de estudio de los principales proyectos de sensibilización, capacitación y reconstrucción en el Perú. Finalmente, se explicó cómo se deberían construir las viviendas de adobe sísmicamente reforzadas. Las conclusiones más importantes de este capítulo son las siguientes:  Los proyectos de capacitación deben diseñarse con el objetivo de aumentar las capacidades de las personas. De modo que éstas, en el ejercicio de sus libertades, decidan y sean capaces de construir sus viviendas de adobe reforzadas siendo conscientes del riesgo sísmico que implica no colocar refuerzos.  La sensibilización es muy importante para lograr los objetivos de la capacitación. Si los pobladores no son conscientes del riesgo sísmico de las viviendas vernáculas de adobe, no tendrán el interés de aprender ni difundir las técnicas de reforzamiento sísmico. Página | 187 Bibliografía [1] A. Sen, Development as freedom, New York, United States: Anchor Books, 2000. [2] J. Iguiñiz, «Desarrollo humano como libertad: invitación a la interdisciplinariedad,» de Desarrollo Humano y libertades. 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Se desarrollaron diferentes técnicas constructivas con tierra: la mampostería de adobe, los muros de tierra apisonada, o tapial, y los muros construidos con capas apiladas de barro. Sin embargo, el adobe fue el primer intento de modular la construcción de viviendas mediante la prefabricación de los bloque de adobe. Éstos fueron evolucionando con el tiempo. Primero se fabricaron adobes con formas irregulares, luego se evolucionó al adobe paralelepípedo como forma estándar de producción. Esta forma era más conveniente porque brindaba una mayor estabilidad a la estructura. A partir de esto, se empezaron a construir grandes monumentos hechos con adobe, al mismo tiempo que las personas vivían en casas de adobe. El Perú no fue ajeno a esta evolución constructiva y las construcciones pasadas con adobe forman parte del bagaje cultural nacional. Esta evidencia nos ayuda a comprender la tradición constructiva con este material en el país. La situación actual de las construcciones de adobe en el mundo es que las personas con menos recursos económicos viven en este tipo de construcciones. Esto debido a que el material tierra se puede encontrar en todas partes lo que lo hace accesible en áreas urbanas y rurales. Además, la técnica constructiva es simple, lo que hace que personas no especializadas en la construcción puedan construir sus propias viviendas. Pero justo esta falta de asesoramiento técnico conlleva a que las construcciones con tierra no estén bien diseñadas y sean vulnerables ante los sismos. Además, muchas de las construcciones se ubican en zonas sísmicas activas. En este contexto, las viviendas de adobe están en peligro constante de colapsar ante un sismo moderado o fuerte, y por ende, sus ocupantes están en peligro de perder sus vidas. Otros riesgos que tienen estas viviendas a nivel mundial son los riesgos ante lluvias e inundaciones. En el Perú, existen dos técnicas constructivas con tierra importantes: la mampostería de adobe y el tapial. Existen varias tipologías arquitectónicas de las viviendas de adobe peruanas. Las variables más importantes que intervienen en la tipología de las viviendas de adobe son el tiempo y la geografía. Con respecto a la geografía se distinguen claramente las viviendas de adobe de la costa con las viviendas de adobe de la sierra. Debido a que estas regiones tienen diferentes climas, las viviendas se adaptan a las necesidades de los pobladores. Es así que las viviendas de la costa tienen techos planos y los muros de adobe son más delgados. Esto se explica porque, primero en la costa no existen lluvias frecuentes como en la sierra y por eso los pobladores no se preocupan por construir techos inclinados. Lo segundo porque la construcción con adobe en la costa predominantemente es en las zonas rurales, en los nuevos asentamientos, y por eso los pobladores utilizan el mínimo de recursos en la construcción. En cambio, en la sierra si existen lluvias frecuentes y los pobladores tienen conciencia de ello. Por eso, los techos de las viviendas son inclinados, de una a cuatro aguas. Además, se ha visto que los muros de la sierra son más gruesos, y por ende, menos esbeltos que los de la costa. Los muros al ser más gruesos mantienen más tiempo el calor interno de la vivienda y de esta manera se contrarresta el frio que tienen que soportar los pobladores que viven en zonas andinas altas. Las viviendas de adobe no serían materia de preocupación y estudio si no fuese por su deficiente comportamiento que tienen frente a fenómenos naturales. En una revisión de los eventos sísmicos ocurridos en el país, las cifras de muertos, desaparecidos y damnificados a causa de la destrucción de viviendas de adobe es muy alta. Estas experiencias dan evidencia de la vulnerabilidad sísmica de las viviendas de adobe. También ofrecen un triste, pero ejemplificador laboratorio sobre la tipología de fallas que se presentan en estas construcciones. Página | 192 Se concluye que las construcciones de adobe en el Perú no se comportan adecuadamente frente los sismos. La principal causa es el alto peso de los muros, la fragilidad del material, y su baja resistencia a la tracción. Otros peligros a los que estas viviendas están expuestos son las lluvias e inundaciones. El efecto erosivo de las lluvias degrada la resistencia del material. Pero las inundaciones son las más peligrosas porque las viviendas de adobe si están sumergidas o remojadas en agua corren el peligro de volverse barro. Si esto ocurre, en la base se producirán asentamientos diferenciales que conllevarán al colapso de toda la vivienda. Otro peligro que expone a las personas que viven en casas de adobe en las alturas son las heladas. Las bajas temperaturas que se producen requieren ser contrarrestadas por un ambiente que retenga el calor. En este caso los muros de adobe ofrecen una buena protección térmica. Pero el problema está en la vulnerabilidad de los techos. Durante las nevadas los techos se llenan de capas de nieve de buen espesor que pone en riesgo la estabilidad de la vivienda. Además, los techos tienen que estar construidos con un material término para que retenga el calor del día y atempere las frías noches. A partir del interés de solucionar el problema del riesgo sísmico, se estudian las propiedades mecánicas de la mampostería de adobe y de sus componentes: el bloque de adobe y del mortero. Las propiedades mecánicas más importantes de la mampostería de adobe son la resistencia a compresión y la resistencia a la tracción. La primera es importante porque es la responsable de la capacidad de soportar cargas de gravedad. La segunda es importante porque un movimiento sísmico inducirá esfuerzos de tracción a la mampostería de adobe. Durante ensayos de corte cíclico y ensayos de corte monotónico se observó y concluyó que las zonas más críticas de los muros de adobe en los sismos son las juntas, específicamente la interface adobe-mortero. Esto se puede observar en las fallas típicas de forma escalonada de los muros. La resistencia de ligazón entre el mortero y el adobe es incluso menor a la resistencia a tracción del material tierra. Por estos motivos la norma peruana exige el cumplimiento del ensayo de compresión en muretes y el ensayo de compresión diagonal de muretes. Dentro de todos los ensayos estudiados estos dos ensayos dan resultados que se acercan a la realidad, no son muy difíciles y tienen menor dispersión con respecto a otros ensayos. A partir de los ensayos estudiados se concluyó que el componente más importante de la mampostería de adobe es la arcilla. Este elemento es el responsable de la unión entre el adobe y el mortero. Sin embargo, la arcilla también es la causante de la microfisuración ocurrida en la interface bloque- mortero. Esta microfisuración disminuye la resistencia a la tracción por corte de la mampostería. Esto se puede contrarrestar si se agrega aditivos como arena gruesa o paja para que restrinjan la microfisuración. Finalmente, los ensayos de simulación sísmica sobre módulos de adobe permiten observar el comportamiento de los módulos de adobe. La bondad de este tipo de ensayo es que permite observar la interacción entre todos los elementos estructurales de la vivienda: muro-muro, muro-techo. Este ensayo es el que ofrece mayor aproximación a lo que ocurre en la realidad con las viviendas de adobe durante los sismos. Sin embargo, es un ensayo costoso y tiene que realizarse en laboratorios implementados con una mesa vibratoria. A partir de lo observado de lo que ocurre en las viviendas y módulos de adobe en los movimientos sísmicos, se concluye que las construcciones con adobe tienen que reforzarse para que tengan un buen desempeño durante los sismos. El reforzamiento busca incrementar la resistencia a corte de los muros y mantener la unidad de la mampostería durante el sismo, de modo que este no pierda estabilidad ni colapse. Existen hasta 4 tipos de reforzamiento: el interno, el externo, el que pre comprime los muros para evitar tracciones, y el que utiliza elementos de confinamiento en los extremos. El reforzamiento Página | 193 interno más conveniente es el de cañas. Este reforzamiento incrementa la resistencia de los muros pero no es tan efectivo al momento de asegurar la unión de la estructura una vez que ésta esta agrietada. Los reforzamientos externos más aplicables son los consistentes en el uso mallas electrosoldadas, geomallas y mallas de cuerdas. El primero es accesible y se encuentra en cualquier ferretería del país. Sin embargo, la malla electrosoldada es muy frágil y apenas se rompe, el muro se comporta como no reforzado. Las geomallas presentan el comportamiento más ideal porque incrementan la resistencia y mantienen la unidad de la estructura. Sin embargo, las geomallas no son accesibles ni baratas. En tanto que las mallas de cuerdas incrementan la resistencia al corte de la estructura y mantienen la unidad de los muros durante el sismo. El defecto de esta técnica es que debido a la relajación de las cuerdas, éstas pierden tensión con el tiempo. Esto puede causar que el enlucido se fisure. En cuanto a la dificultad de aplicación de la técnica, las tres técnicas mencionadas requieren de previa capacitación para su colocación. Los refuerzos que buscan pre comprimir la mampostería de adobe y los que utilizan elementos confinantes en los extremos no resultan muy eficientes en términos de mantener la unidad de la estructura y necesitan más investigación. El objetivo de las técnicas de reforzamiento estudiadas es mejorar el comportamiento sísmico de las viviendas de adobe. Por ello, la transferencia de las tecnologías estudiadas y probadas es crucial para solucionar el problema del riesgo sísmico de estas viviendas. Se ha visto que la mejor manera de capacitar a las personas que construyen con adobe es dotarles de las capacidades necesarias para que éstas construyan por su parte y sean los agentes de su propio desarrollo. De este modo, las personas capacitadas enseñarán la técnica a más personas haciendo un aprendizaje “en cascada”. La mejor manera de enseñar el uso de una técnica es que los pobladores “aprendan haciendo”. Ellos mismos tienen que intervenir directamente en la construcción de módulos o viviendas de adobe. Así, la capacitación debe complementarse entre clases teóricas y prácticas. De otro modo, si los pobladores no participan de la construcción y, por ejemplo, sólo se limita a una dación de viviendas reforzadas (lo que usualmente pasa en proyectos de reconstrucción), ningún poblador habrá aprendido la técnica. Esto conllevará a que el uso de la técnica no se continúe. Un punto a tomar en cuenta es que en el Perú usualmente se recurre a proyectos de reconstrucción y capacitacion después de desastres. Posiblemente porque es en esta etapa donde las personas tienen más conciencia del riesgo sísmico que tienen las viviendas de adobe no reforzadas. Lo lamentable es que con el paso del tiempo esa conciencia sísmica se atenúa y las malas prácticas constructivas vuelven a surgir y los proyectos de capacitación se discontinúan. La situación actual de las viviendas de adobe en el país es preocupante. Sin embargo, los esfuerzos por solucionar el problema son alentadores. Cada vez existe más interés por solucionar el problema del riesgo sísmico de las viviendas de adobe. Esto se plasma en los tipos de refuerzo investigados, los manuales de construcción elaborados y los proyectos de capacitación ejecutados. De esta manera, con la redacción de este texto se espera contribuir a solucionar la problemática de las viviendas de adobe en el Perú. El fin supremo es que las personas tengan las condiciones básicas para asegurar su desarrollo y calidad de vida.