Ensayo en Lima (Peru) de edificio de adobesismorresistente construido con el sistemade aibaiiilerfa integral

The integral masonry system with adobe block testedin Lima for earthquake resistance

Este articulo presenta una aplicacion del Sistemade Albanilerfa Integral (SAI), desarrollado en Euro-pa bajo la marca "AIiWall System" para muros dealbanilerfa de ladrillo 0 bloque, ceramico 0 de hor-migon, empleando solo mortero. En este caso elsistema se modifica para adaptarlo al adobe y per-mitir la construccion de viviendas sismorresistentesen paises en desarrollo.Cuando el relleno emplea-do es de adobe, es imposible transferir las tensio-nes de los refuerzos por adherencia de las barrasdebido a que estas estructuras carecen de morte-rooSehace necesario que las armaduras transmitanlos esfuerzos entre sf. Las armaduras, en forma decercha, se pueden cruzar en las tres direccionesdel espacio, 10 que permite la construccion de mu-ros y forjados. De esta manera solo se necesita unposterior relleno con bloques de adobe 0 el tablerodel forjado para que el conjunto tenga la rigidezsuficiente. Paraverificar la seguridad de este nuevotipo de edificacion para su construccion en zonassismicas del tercer mundo, se ha ensayado a sis-mo un prototipo realizado con el sistema SAI conadobe, de 6x6x6 m y dos plantas a escala 1/2 enla PUCP (Pontificia Catolica Universidad del Peru)de Lima en colaboracion con la UPM (UniversidadPolitecnica de Madrid). Los resultados de este en-sayo muestran que el SAI con adobe permaneceestable sin grietas significativas ante un sismo seve-ro de 130 mm de desplazamiento (equivalente a unsismo de 10° en la escala de Richter).

Palabras clave: sistema de albanileria integral,estructura antisismica, adobe, armado sismorre-sistente, adobe armado.

This paper presents an adaptation of the IntegralMasonry System OMS) developed in Europe un-der the "AIIWall System" trade name for concreteor clay, block or brick masonry walls using justmortar. In this case the system is modified foran adobe block infill to allow the constructionof earthquake resistant housing in developingcountries. When adobe block is employed as aninfill it is impossible to transfer the bond stressesof the reinforcement bars as these structures arenot bonded with mortar and the reinforcementthen has to transfer the stresses purely within thereinforcement. The truss-shaped reinforcementmay intersect in the three spatial directions andallow the construction of reinforced walls and sla-bs. It is then only necessary to infill with locallymade adobe blocks or flooring in order to provi-de sufficient rigidity to the structure. A two-sto-rey, 6x6x6 m, adobe building employing the IMSsystem has been tested for earthquake resistanceat half scale at the PCUP (Pontificia UniversidadCat61ica del Peru) in Lima in collaboration withthe UPM (Universidad Politecnica de Madrid) totest the viability of this new type of building cons-truction for seismic areas in the Third World. Thetest results have shown that the IMS system withadobe block remained stable without significantcracking even under 730 mm displacement seis-mic movement, equivalent to 70.0 on the Richtermagnitude scale.

Keywords: integral masonry system, anti-ear-thquake structure, adobe, reinforced earthquakeresistance, reinforced adobe.

(0) Doctor Arquitecto, Dpto. Estructuras de Edificacion (UPM) (Madrid, Espana)(OO) Doctor Arquitecto, Dpto. Construccion y Tecnologia Arquitectonicas (UPM) (Madrid, Espana)

Informes de la ConstruccionVol. 61, 515, 59-65,julio-septiembre 2009ISSN: 0020-0883eISSN: 1988-3234doi: 10.3989/ic.09.006

Fecha de recepcion: 23-02-09Fecha de aceptacion: 01-06-09

22. Una vez descim!Jrada la !JOH'(!,l

e;posible apreciJr 1.1 /'.;h/'IfL'Z de ;usnervios y 1.1 /)el/eza de 'll diseno.

3 Este acontecimiento fue filma-do por la Universidad Politecni-ca de Madrid y puede consultar-se en www.youtbe.com/upm.

deformacion, solamente al retirar 105 calzosde madera dispuestos a continuacion, lacimbra se separa visiblemente de la boveda yesta queda c1aramente suspendida en el aire.

reforzada por el dibujo de las dos ruedas con-centricas de combados, como el polo de unglobo terraqueo. Una imagen que nos sumergepar completo en el espfritu del renacimiento.

La boveda es, par tanto, estable unicamentecon la crucerfa.

Una vez limpia par completo, la nervadura dela boveda se nos antoja de una extraardinariaesbeltez y pone en evidencia la belleza deldiseiio de Vandelvira (Figura 22). Apreciamosahara la contundencia de su forma esferica

Este artfculo debe terminar con un especialagradecimiento a 105 alumnos del Taller deConstruccion Gotica del curso 2008-09. Sinsu entusiasmo y dedicacion la boveda jamashubiera podido ser construida.

(1) Vandelvira, Alonso. "Libro de las tra<;asy cortes de piedra." 1575-1580. Copias: Biblioteca Nacionalde Madrid, Escuela de Arquitectura de Madrid, facsfmil: Genevieve Barbe-Coquelin de Lisle: "Tratadode Arquitectura de Alonso de Vandelvira." Albacete. 1977. Caja de Ahorros.

(2) Palacios Gonzalo, Jose Carlos. "Trazas y Cortes de Canterfa en el Renacimiento Espanol." EditorialMunilla-Lerfa. Madrid. 2003.

(3) Rabasa Dfaz, Enrique. "Construccion de una boveda de crucerfa en el centro de oficios de Leon."Actas del cuarto Congreso de Historia de la Construccion, Cadiz, vol. II. Instituto Juan de Herrera.Madrid. 2005. Del mismo autor: "Gufa practica de la estereotomfa de la piedra." Centro de 105

Oficios de Leon. Leon. 2007.(4) Simon Garcia. "Compendio de arquitectura y simetrfa de 105 templos ... " Colegio Oficial de Ar-

quitectos de Valladolid, estudios introductorios de Antonio Bonet Correa y Carlos Chanfon Olmos.Valladolid. 1991.

(5) Torres Balbas, Leopoldo. "Funcion de nervios y ojivas en las bovedas goticas." Investigacion y Pro-greso, pags: 214 a 231. Madrid. 1945.

(6) Viollet-Ie-Duc Emmanuel. "Dictionnaire raisonne de I'architecture fran<;aise du XI au XVI siecle", 10vols. 1854-1868. Vease del mismo autor: "La construccion medieval." Madrid. 1996. Inst. Juan deHerrera, ETSde Arquitectura de Madrid.

(7) Caballero Zoreda, 1.., Latorre Gonzalez-Moro, P. 1995: "Leer el documento construido". Numeromonografico de Informes de la Construcci6n (435).

(8) Huerta, S. 2005: "Mecanica de las bovedas de fabrica: el enfoque del equilibrio". In formes de laConstrucci6n, vol. 56, nO496.

En mayo de 2005, profesores de la Univer-sidad Politecnica de Madrid, presentaronen el Seminario Internacional SismoAdobe2005 (2), arganizado en Lima, en la Pontifi-cia Universidad Catolica del Peru, la ponen-cia "La vivienda de adobe sismorresistentecan el Sistema de Albanilerfa Integral", unnuevo sistema constructivo ideado para paf-ses en desarrollo, basado en los materialesdel lugar, aunque armadas can una nuevatecnica. Recientemente, en el ana 2007 seha planteado una variante aplicable can tie-rra en Bangolore, India (3).

EI sefsmo ocurrido en Pisco (peru) en agostodel 2007, puso de actualidad la necesidadde experimentar la propuesta presentada ensu dfa, can el fin de poder implantar este sis-tema constructivo alternativo que posibilitala reconstruccion de las viviendas derruidaspar el sefsmo, can la seguridad necesariaante cualquier otra cat<lstrofe posible.

Se ha escogido para ensayar, la viviendaTipo 5 (Figuras 1, 4 Y 5) de las 6 planteadasen 2005 (2), de 72 m2 construidos (58 m2

utiles), dos plantas de altura y 3 darmi-tarios, par tratarse de un volumen cubico.Tiene 6 m de lado, perfectamente adapta-ble alas posibilidades de ensayo de la mesasfsmica del labaratorio (cuadrada de 4 m delado), que permite ensayar el conjunto de lavivienda a escala 1/2.

Los objetivos fundamentales de este proyec-to son tres:

EI objetivo inmediato consiste en validar ex-peri mental mente la nueva tecnologia cons-tructiva.

TlP05n,Om2

6.00

El objetivo tecnico para solucionar la proble-matica actual a media plazo y ofrecer unasolucion constructiva alternativa a la actual,que de garantfas de fiabilidad frente a desas-tres naturales y que tenga el mfnimo coste,anadiendo solo el coste del armada nece-sario.

Y un objetivo constructivo de solucionarla vivienda social a largo plazo, ofreciendoalas sociedades en vfas de desarrollo, unsistema constructivo sencillo de viviendas,can unas tipologias adaptadas a su forma devida, can castes mfnimos de ejecucion, dan-do una facil ope ion de autoconstruccion queno requiere hormigon.

La tecnologia de armada empleada, consisteen un trenzado de armaduras prefabricadasen forma de cercha, con alambres longitudi-nales y transversales en zig-zag, de acero B-500-S, ya soldados entre si y con un recubri-miento galvanizado que evita su corrosion.Se utiliza el mismo sistema en muros y enforjados (Figura 2 y Figura 3).

La conexion entre estas cerchas prefabrica-das de 5,85 m de longitud, se hace manual-mente mediante tornilleria disenada para elcaso. Hay que resaltar que la novedad deeste sistema constructivo reside en que losesfuerzos entre las armaduras, no se trans-miten par la colaboracion del hormigon, queno existe, ni siquiera par el adobe que pocopuede contribuir a ella, sino par media de latornillerfa que permite solidarizar el conjun-to de las cerchas horizontales y verticales dela edificacion.

Posteriarmente se rellenan los intersticioscan adobe local. Las piezas de adobe serealizan can una proparcion de tierra-arena-paja 5:1:1., se estima que el adobe pueda te-ner una resistencia a compresion entre 0,03a 0,05 kN/cm2 y un peso especifico de18kN/m3 (Figura 6).

-Armadura del model a de ensayo (3x3x3m):2 alambres longitudinales de 5 mm a cadalado de una cercha de alambre en zig-zag de 5 mm separados 150 mm. Muro deadobe de 15 em de grueso. La disposiciondel armada de paredes y farjados es cada45 em, en vertical y horizontal,

- Esto corresponde can una armadura deledificio a escala real (6x6x6m): 2 alambreslongitudinales de 1Omm a cada lado de unacercha de alambre en zig-zag de 2 alam-bres de 5 mm, separados 300 mm. Murode adobe de 30 em de grueso. La dispo-

sicion del armado de paredes y forjados,de 45 cm del prototipo se correspondencon una separacion de 90 cm en la reali-dad. Modulo que permite abrir puertas yventanas y paso de escaleras, con dichaorganizacion estructural en un edificiohabitable.Por 10 tanto, el area de las arma-duras longitudinales ensayadas estan a es-cala con re/acion a la correspondiente dela realidad 4 veces mayor. EI area de lascerchas en zig-zag, solo es 2 veces mas enla realidad.Los calculos ya realizados fren-te a la accion sismica, sobre la aplicacionde esta nueva tecnologla, ofrecen un re-sultado teorico muy esperanzador, por 10que se propone ensayar directamente unprototipo de vivienda completo, ya quepreviamente cada uno de sus elementosmetalicos ya se han ensayado por separa-do en Europa.

En el prototipo los forjados no se ejecutanen su totalidad, solo se dispone la parrillade armado y el relleno, acabados y sobre-cargas se simulan con carga adicional consacos de arena (Figura 7, pag. siguiente).Dos de los muros se enfoscan (uno frontaly otro lateral a la accion sismica) con unamalla polimerica (4) al interior y exteriordel muro unidas por unas tiras de rafia queatraviesan el muro y que las ata (Figura 7).

EI proceso constructivo es muy sencillo,debido a la ligereza de las piezas, tantolas cerchas (unos 3 kg la cercha de 5,85 m)como los adobes se puede montar con solodos personas en un proceso muy rapidogracias a la prefabricacion de las armaduras(13 dlas el montaje de la estructura metali-ca y 9 dlas la colocacion de los adobes).

EI ensayo se realiza en la mesa sismicadel Laboratorio de Estructuras antislsmi-

4. Sl'~~ion \izquierdal. al'ado (derl'-t ha tit'! modelo a l's~ala real.

6. Aspl'cto del prototipo en fase dpejecuci6n.

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7. ProIOI'l)O {('rrnin,,,I,,. an"', delensayo.

cas del Departamento de Ingenierfa de laPontificia Universidad Catolica del Peru,que es la entidad mas representativa den-tro del pafs_ La mesa tiene un solo gradode libertad (de los seis de un sismo real),el desplazamiento en un senti do. Este pro-yecto de investigacion, de referencia AL08-P(i+D)-01, se lIeva a cabo gracias a la fi-nanciacion, estandolo por la UniversidadPolitecnica de Madrid, dentro del progra-ma de ayudas para la realizacion de acti-vidades con Latinoamerica, proyectos 1+0en la convocatoria del 2008.

n. 1\10\ Imll'nfo dE. 1.l )1. falc)! 11, ,-115irnul<ldor cot' <.;Pllal 'navu Oeo

con 20 mm dc' desp"lzamienloIllc.XlnlO.

EI prototipo se dispone de manera que lasfachadas con huecos (puerta y ventanas)quedan perpendiculares al sentido del mo-vimiento y las fachadas ciegas en paralelo. EImovimiento (serial de comando) que se apli-ca a la plataforma del simulador provienede la componente longitudinal (N8°0) de laaceleracion medida en Lima del Terremotode Ancash del 31 de mayo de 1970. EI re-gistro original, obtenido en un acelerografoanalogico, fue procesado por el United Sta-tes Geological Survey (USGS) para obteneruna aceleracion digital corregida, que sirviode base para generar la serial de comandodenominada "may070" (el estandar en elcitado Laboratorio). Debido a que se ensa-ya un modelo a escala, se utilizo una ver-sion comprimida en el tiempo de esta serial("may070co") modificando sus frecuenciasfundamentales en funcion de las de la es-tructura escalada.

De esta manera se pasa de 100 puntos porsegundo de la serial original a 133,3 pun-tos por segundo en la serial modificada,de acuerdo al factor de escala ffsico (1/2)del prototipo. Como consecuencia de estaoperacion, para un desplazamiento deter-minado, la serial comprimida ("may070co")produce aceleraciones mayores que la serialoriginal.

En la Figura 8 se muestran el desplazamientoy la aceleracion en la plataforma del simu-lador, sin carga, cuando actua "may070co".EI ensayo dinamico se realizo en una se-cuencia de movimientos (fases) de amplitudcreciente, con la misma serial de comando.Cada fase se define por el desplazamientomaximo absoluto alcanzado. Inicialmentese programaron tres fases, cada una de ellasasociada a 10que serfan, en orden crecientede intensidad, un sismo frecuente (Ieve), unoocasional (moderado) y uno raro (severo).En el caso de "may070co", esos movimien-tos corresponden a desplazamientos maxi-mos de 20, 50 Y 80 mm, respectivamente.Las aceleraciones esperadas en la base delmodulo para esos desplazamientos son 0,3g; 0,7 g y 1,1 g, aproximadamente.

En principio se programo una cuarta fase,en caso de que el modulo se mantuviera enbuen estado tras las tres fases serialadas, re-pitiendo el terremoto severo (desplazamien-to maximo de 80 mm). Sin embargo, durantela ejecucion de las tres primeras fases se ob-servo que el comportamiento de la parrillahorizontal intermedia no era el esperado, elde un forjado, por 10que los muros estarfantrabajando con la altura de 3 m, analogo aun modelo a escala natural, de ahf que final-mente se sometiera el conjunto a la serial delcomando original "may070" con una ampli-tud maxima de 130 mm (capacidad maximadel simulador, equivalente a un sismo de 10°en la escala de Richter) con una aceleracionestimada en la base de 1,8 g. En los murosse colocan los instrumentos de medicion(Figura 9), donde AO-A8 son acelerometrosy 00-010 miden desplazamientos relativos.

EI estado final del prototipo ensayado sepuede observar en las Figuras 9 a 13, pags.siguientes. EIprototipo se agrieta significati-vamente con el mayor desplazamiento apli-cado, 130 mm, sin perder la estabilidad. Lasgrietas se producen marcando las armadu-ras, en la parte baja tienden a la diagonal.Las grietas son mas finas en la zona masalta y mayores cuanto mas cerca esta de labase (Figura 10), como cabia esperar. Losmuros perpendiculares a la accion sismica,105 que tienen 105 huecos, son 105 que me-nos se agrietan. En 105 muros transversales,ciegos, colabora el adobe en la resistenciadel sismo que permanece confinado en 105

espacios entre cerchas. Los forjados no es-tan colaborando como se esperaba debidoa que no se han ejecutado en su totalidady, por 10 tanto, carecen de resistencia com-presion. EI comportamiento del muro conmalla polimerica y enfoscado es muy simi-lar al que solo tiene adobes. La zona masdanada son las esquinas, don de el muro sehace solo con adobes cuadrados sin apare-jar con el resto del muro.

Los valores maximos de 105 instrumentos demedicion se dan en la Tabla 1, indicando elvalor y el momenta del ensayo en que seproduce. Se observa que las aceleracionesque se registran superan en algunos puntos105 valores estimados a priori y siempre su-periores a la aceleracion sismica normadaque en Peru es de 0,4 g.

Los desplazamientos relativos 07 a 010marcan la apertura maxima de las grietas

medidas durante el ensayo, siendo el valormaximo de 0,4 mm en fase 1 y 2; 3,8 mm enfase 3 y 4,1 mm en la fase 4. Los desplaza-mientos maximos medidos en la coronaciondel modelo son ligeramente superiores a 105

aplicados en la base.

Las cerchas que estan confinadas entre elmuro de adobe no sufren deformaciones, sinembargo, las que no tienen esta situacionpor limitar con 105 huecos sufren deforma-ciones por pandeo de las barras comprimi-das (Figura 13).

Los resultados de este ensayo muestran queel SAI con adobe tiene un comportamientosismorresistente frente a la solicitacion dina-mica del simulador, la estructura permaneceestable por 10 que se logra el objetivo bus-cado. EI prototipo se agrieta significativa-mente, con grietas medidas del orden de 4mm (fases 3 y 4). EI estado final es tal que,reparando las grietas provocadas, se puedeprolongar su vida util y soportar sismos futu-ros. Por 10 tanto es un sistema parece idoneopara la construccion de viviendas en zonassismicas. Para validar con seguridad el sis-tema constructivo seria necesario probar unmodelo a escala natural. Oebido alas carac-teristicas de la mesa sismica seria necesarioademas probar el modelo con una arquitec-tura mas critica, es decir, con 105 vanos colo-cados en 105 muros paralelos a la direcciondel movimiento.

EI refuerzo adicional de malla polimerica demaneara generalizada parece innecesario a

INST. FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4MAX. t (5) MAX. t (5) MAX. T (S) MAX. t (5)

AO (g) 0,281 7,49 0,733 7,49 1,173 7,355 1,181 9,585A1 (g) 0,581 7,715 0,962 5,575 1,258 7,52 1,399 6,265A2 (g) 1,1126 7,715 1,779 2,695 3,155 7,39 2,737 6,58A3 (g) 0,501 7,505 1,295 8,105 2,213 7,575 2,168 4,16A4 (g) 0,746 7,685 1,091 2,665 1,752 7,7 1,917 4,515A5 (g) 0,509 7,765 1,501 8,11 3,062 7,58 3,370 9,86A6 (g) 1,638 7,685 3,212 4,025 3,330 3,53 2,787 4,21A7 (g) 0,727 7,71 1,097 3,97 1,396 7,53 1,484 6,26A8 (g) 1,300 7,705 2,075 2,69 3,195 7,445 2,940 6,565

00 (mm) 20,56 10,57 50,46 10,575 82,29 10,425 129,56 13,6901 (mm) 20,67 10,615 59,72 10,585 93,25 10,435 158,88 13,70502 (mm) 22,66 17,495 65,35 10,595 138,89 10,445 189,83 13,7103 (mm) 20,49 10,575 54,05 10,57 96,65 10,445 147,94 13,7304 (mm) 21,12 10,655 62,13 10,6 114,52 10,445 164,88 13,705 (mm) 20,72 10,575 54,46 10,575 102,31 10,445 156,30 13,70506 (mm) 26,43 17,495 70,72 10,645 142,51 10,49 189,49 13,6907 (mm) 0,072 6,89 0,067 15,71 0,25 7,475 0,358 8,12508 (mm) 0,094 6,885 0,081 8,54 3,761 5,545 0,734 4,8409 (mm) 0,352 7,735 0,406 2,71 0,536 17,73 4,079 7,17

010 (mm) 0,122 7,74 0,348 2,725 0,315 5,54 0,437 9,795

I I I In

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Y. Ub,caci6n de IIlslrumenlos demedicilm en muro~.

pesar de la falta de continuidad del muro parla presencia de las cerchas verticales.

10. fisurauon de mums al final delensc1YO. En las esquinas, al ser la zona mas dafiada

donde el adobe no se encuentra confinadopor las cerchas, si mejora la respuesta can elrefuerzo de malla. Par otra parte, las cerchasque no estan rodeadas de adobe, en la zonade 105 huecos, sufren deformaciones parpandeo par 10 que necesitarian un mayor

11. Aspeclo del mod"l" despupsdel ('n5avo.

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atado. Par otra parte el sistema constructivoha resultado de facil puesta en practica, apesar de ser la primera utilizacion del siste~ma en el pais, 105 operarios asimilaron sinmayor dificultad el procedimiento.

Par parte de la PUCP han colaborado eneste proyecto de investigacion el equipo a

cargo de Marcial Blondet del Departamen-to de Ingenierfa, agradecer en especial eltrabajo de Francisco Ginocchio par la do-cumentacion de 105 resultados del ensayo.Agradecer su colaboracion al personal delaboratorio de Estructuras Antisfsmicas delcitado departamento, dirigido por GladysVilla Garcia, y a 105 alumnos Yalf BarreraCandela (alumno de pregrado de la espe-cialidad de Ingenierfa Civil) asistente delproyecto, colabarando en la supervision detodas las etapas del trabajo y en el procesa-miento de 105 datos del ensayo; Elisa Quin-tanilla (estudiante de la Maestrfa en Ingenie-

rfa Civil) par su labor en el procesamientode datos y su apoyo el dfa del ensayo, JosePerez Costa y Fidel Loyola (de pregrado), yJulio Cesar Chang (de postgrado), por su co-laboracion el dfa del ensayo.

(1) Adell, J. M. "La fabrica armada" Ed. Munilla-Lerfa. Madrid, 2000.(2) Adell J. M., Bustamante R., Davila D., "La vivienda de adobe sismorresistente con el Sistema de

Albariilerfa Integral", Seminario Internacional SismoAdobe, Lima Peru, 2005.(3) Adell, J. M. Bustamante R. A. Garcia Santos, B. Lauret, S. Vega "The Integral masonry system with

earth-based materials: Rubble based earthquake resistant construction" Proceedings of InternationalSymposium on Earthen Structures, Bangalore, India, 2007.

(4) Blondet, M., Torrealva, D., Villa Garcia, G., Ginocchio, F. y Madueiio, I. "Reforzamiento de cons-trucciones de adobe con elementos producidos industrialmente: Estudio preliminar." PUCP. Lima,Peru, 2004.

(5) Adell, J. M., Lauret, B. "EI sistema de aibaiiilerfa integral AIIWall con BHH/BLOC+". Infonnes de laConstruccion. Vol. 57, n° 495 (2005), pp. 33-43.