Evaluación de la resistencia de muros de mampostería estructural reforzados con ferrocemento mediante ensayos en mesa sísmica bajo terremotos reales

Abstract

Colombia se encuentra sobre el cinturón de fuego del pacífico, zona de subducción que produce sismos de gran magnitud debido a la convergencia de dos placas tectónicas. Adicionalmente, el país se encuentra ubicado en la zona de interacción entre tres placas litosféricas: Nazca, Caribe y Sudamericana. Esta configuración geológica convierte al territorio colombiano en una zona de alta amenaza sísmica, poniendo en riesgo la vida de sus habitantes. Debido al déficit monetario y habitacional de la región, la mayoría de las viviendas son autoconstruidas y carecen de un sistema de resistencia sísmico apropiado para suplir con la amenaza natural que enfrenta el territorio, en donde el sistema constructivo prevaleciente es la mampostería no reforzada. Este sistema estructural está catalogado en la norma sismorresistente del 2010 como un sistema de baja disipación de energía, haciéndolo incapaz de resistir la demanda sísmica. Dicho problema exige la incorporación de técnicas de refuerzo mediante materiales que permitan incrementar la resistencia estructural y la seguridad constructiva, con el fin de generar vivienda digna y proteger la integridad de sus habitantes. A través de los años se han incorporado materiales no convencionales en sistemas de construcción tradicional demostrando un buen desempeño estructural. Un ejemplo de ellos es el ferrocemento, material compuesto de malla de alambre y una matriz cementante de mortero, cuya virtud principal es su alta ductilidad, pues la disposición de las capas de malla distribuidas en las dos direcciones de la sección transversal del elemento absorbe los esfuerzos de tracción que ocasionan agrietamiento. El enfoque principal de este proyecto es utilizar un material no convencional, como el ferrocemento, para reforzar externamente un muro de mampostería no reforzada, el cual consta de un núcleo no estructural de arcilla y evaluar su resistencia frente a distintos niveles de aceleración sísmica. La metodología empleada son ensayos experimentales de muros a escala real de mampostería no reforzada y reforzada con ferrocemento, sometidos a carga lateral fuera del plano, la cual es generada por acelerogramas de sismos ocurridos mediante una mesa sísmica, para evaluar su estado de daño y pérdida de resistencia. En este informe se presentan los valores experimentales de los ensayos, comparados con el cálculo teórico de resistencia esperada. Los resultados arrojan que este sistema constructivo tiene aproximadamente 2 veces más resistencia que el sistema no reforzado, al estar sometidos al mismo nivel de aceleraciones. Además, al realizar la comparación teórica de resistencia frente al sistema de mampostería reforzada internamente avalado por la NSR-10 para zonas de amenaza sísmica alta e intermedia, se encuentra que este sistema reforzado con ferrocemento resiste hasta un 27% más que el muro reforzado internamente. (Texto tomado de la fuente)

Colombia is located on the "Cinturón de Fuego del Pacífico", a subduction zone that generates large earthquakes due to the convergence of two tectonic plates. In addition, the country is located in the interaction zone of three lithospheric plates: Nazca, Caribbean and South American. This geological configuration makes the Colombian territory a zone of high seismic risk, putting the lives of its inhabitants at risk. Due to the monetary and housing deficit in the region, most of the self-built houses that make up the urban area lack an appropriate seismic resistance system to deal with the natural hazard faced by the territory, where the predominant construction system is unreinforced masonry. This construction system is catalogued in the 2010 Seismic Resistance Standard as a system of low energy dissipation, which makes it incapable of withstanding seismic demands. This problem requires the incorporation of reinforcement techniques using materials that allow increasing the structural resistance and safety of the construction, in order to generate decent housing and protect the integrity of its inhabitants. Over the years, non-conventional materials have been incorporated into traditional construction systems and have shown good structural performance. An example of this is ferrocement, a material composed of wire mesh and a cementitious mortar matrix, whose main virtue is its high ductility, since the arrangement of the mesh layers distributed in both directions of the section of the element absorbs the tensile stresses that cause cracking. The main focus of this project is the use of a non-conventional material, such as ferrocement, for the external reinforcement of a masonry wall consisting of a non-structural clay core, and the evaluation of its resistance to different levels of seismic acceleration. The methodology used is experimental testing of full-scale unreinforced and ferrocement reinforced masonry walls subjected to out-of-plane lateral loading to evaluate their damage state and loss of strength. This report presents the experimental values of the tests compared with the theoretical calculation of the expected strength. The results show that this construction system has approximately 2 times more resistance than the unreinforced system when subjected to the same level of accelerations. In addition, the theoretical comparison of resistance with the internally reinforced masonry system recommended by the NSR-10 for high and medium seismic zones shows that the ferrocement reinforced system has up to 27% more resistance than the internally reinforced wall.