Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Ángel San Bartolomé Daniel Quiun Wilson Silva DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS SISMORRESISTENTES DE ALBAÑILERÍA D IS E Ñ O Y C O N S TR U C C IÓ N D E E S TR U C TU R A S S IS M O R R E S IS TE N TE S D E A LB A Ñ IL E R ÍA Á ng el S an B ar to lo m é D an ie l Q ui un W ils on S ilv a Desde 1979, la PUCP ha ejecutado un programa de investigación teórico- experimental, con materiales y técnicas constructivas locales. Como resultado, en el año 2006 se ofi cializó un moderno reglamento de diseño y construcción, la Norma E.070 «Albañilería», cuya formulación y aplicación es tratada en este libro. Este libro resultó ganador del Primer Concurso de Textos Universitarios PUCP. Los temas que comprende este texto son: 1. Componentes de la albañilería 2. Propiedades de la albañilería simple 3. Procedimientos de construcción 4. Comportamiento sísmico 5. Análisis estructural 6. Diseño sísmico 7. Albañilería de tierra cruda ÁNGEL SAN BARTOLOMÉ. Ingeniero civil por la PUCP, especializado en ingeniería antisísmica y albañilería estructural en Japón. Es profesor principal del Departamento de Ingeniería de la PUCP, proyectista de estructuras y coordinador de investigaciones de la sección Ingeniería Civil. DANIEL QUIUN. Ingeniero civil y magíster por la PUCP, con estudios en la Universidad de Kioto. Es profesor principal en el Departamento de Ingeniería de la PUCP, proyectista de estructuras y socio fundador de Prisma Ingenieros Consultores. WILSON SILVA BERRÍOS. Ingeniero civil por la Universidad Nacional de Cajamarca y magíster por la PUCP, con especialización en Ingeniería Estructural. Es profesor principal del Departamento de Ingeniería, en el área de Estructuras de la Sección Ingeniería Civil de la PUCP. Segunda edición Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS SISMORRESISTENTES DE ALBAÑILERÍA Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Ángel San Bartolomé, Daniel Quiun y Wilson Silva Segunda edición DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS SISMORRESISTENTES DE ALBAÑILERÍA Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería © Ángel San Bartolomé, Daniel Quiun y Wilson Silva, 2011 © Pontificia Universidad Católica del Perú, Fondo Editorial, 2018 Av. Universitaria 1801, Lima 32, Perú feditor@pucp.edu.pe www.fondoeditorial.pucp.edu.pe Diseño, diagramación, corrección de estilo y cuidado de la edición: Fondo Editorial PUCP Primera edición: febrero de 2011 Segunda edición: mayo de 2018 Tiraje: 1000 ejemplares Prohibida la reproducción de este libro por cualquier medio, total o parcialmente, sin permiso expreso de los editores. Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú N° 2018-07063 ISBN: 978-612-317-366-1 Registro del Proyecto Editorial: 31501361800481 Impreso en Tarea Asociación Gráfica Educativa Pasaje María Auxiliadora 156, Lima 5, Perú BIBLIOTECA NACIONAL DEL PERÚ Centro Bibliográfico Nacional 690.2 S21D 2018 San Bartolomé Ramos, Ángel, 1950-2014. Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería / Ángel San Bartolomé, Daniel Quiun y Wilson Silva.-- 2a ed.-- Lima: Pontificia Universidad Católica, Fondo Editorial, 2018 (Lima: Tarea Asociación Gráfica Educativa). 343 p.: il.; 24 cm. Bibliografía: [341]-343. D.L. 2018-07063 ISBN 978-612-317-366-1 1. Construcciones antisísmicas - Estudio y enseñanza 2. Diseño estructural - Estudio y enseñanza 3. Albañilería - Estudio y enseñanza 4. Edificios - Efectos de los terremotos - Estudio y enseñanza I. Quiun Wong, Daniel, 1960- II. Silva, Wilson, 1958- III. Pontificia Universidad Católica del Perú IV. Título BNP: 2018-126 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Índice Prólogo 11 1. Introducción 13 1.1 Objetivos 13 1.2 Breve historia de la mampostería 14 1.3 Construcción de albañilería y albañile ría estructural 19 1.4 Tipos de albañilería y especificaciones reglamentarias 20 1.4.1 Clasificación por la Función Estructural 20 1.4.2 Clasificación por la Distribución del Refuerzo 22 2. Componentes de la albañilería 37 2.1 Unidades de albañileria 37 2.1.1 Clasificación por sus dimensiones 37 2.1.2 Clasificación por su materia prima y fabricación 38 2.1.3 Clasificación por sus huecos (alvéolos) 53 2.1.4 Propieda des físicas y mecánicas. Ensayos de laboratorio 55 2.2 Mortero 64 2.2.1 Componentes del mortero 65 2.2.2 Clasificación del mortero 67 2.2.3 Propiedades y ensayos de laboratorio 69 2.3 Concreto fluido («Grout») 72 2.3.1 Clasificación del grout y componentes 72 2.3.2 Ensayos de laboratorio 74 2.4 Acero de refuerzo 74 2.5 Concreto 76 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 3. Propiedades de la albañilería simple 79 3.1 Introducción y generalidades 79 3.1.1 Prismas de albañilería simple 80 3.1.2 Refrentado (capping) 81 3.1.3 Prismas de estructuras existentes 83 3.2 Ensayos de compresión en pilas 83 3.2.1 Esbeltez de la pila 84 3.2.2 Técnica de ensayo 84 3.2.3 Resistencia característica a compresión axial (f´m) 85 3.2.4 Formas de falla 86 3.2.5 Módulo de elasticidad (Em) 88 3.3 Ensayos de compresión diagonal en muretes 89 3.3.1 Técnica de ensayo 89 3.3.2 Resistencia característica a corte puro (v´m) 90 3.3.3 Formas de falla 90 3.3.4 Módulo de corte (Gm) 92 3.4 Norma E.070 «albañilería» 94 4. Procedimientos de construcción 97 4.1 Introducción 97 4.2 Edificaciones de albañilería confinada 97 4.2.1 Componentes de la estructura 97 4.2.2 Cimentación 98 4.2.3 Sobrecimiento 105 4.2.4 Muro de albañilería 106 4.2.5 Columnas de confinamiento 119 4.2.6 Vigas y losa de techo 121 4.3 Edificaciones de albañilería armada 125 4.3.1 Cimentación 125 4.3.2 Bloques y tratamiento previo al asentado 128 4.3.3 Mortero y asentado de bloques 130 4.3.4 Detalles del refuerzo 133 4.3.5 Bloques de la última hilada 135 4.3.6 Grout, vaciado y curado 136 4.3.7 Cangrejeras 139 4.3.8 Caso particular de los bloques sílico-calcáreos 140 4.3.9 Vigas y losa de techo 141 4.4 Edificaciones de albañilería de junta seca 142 4.5 Ventajas y desventajas de los muros armados y confinados 146 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 5. Comportamiento sísmico 151 5.1 Comportamiento sísmico real de muros portantes 152 5.1.1 Albañilería no reforzada 152 5.1.2 Albañilería confinada 157 5.1.3 Albañilería armada 161 5.2 Comportamiento sísmico real de muros no portantes 165 5.2.1 Interacción tabique-pórtico 165 5.2.2 Cercos y parapetos 173 5.3 Comportamiento sísmico experimental 174 5.4 Reparación de la albañilería armada y confinada 186 6. Análisis estructural 193 6.1 Estructuración y requisitos mínimos 193 6.1.1 Diafragma rígido 193 6.1.2 Configuración del edificio en planta y elevación 197 6.2 Dimensionamiento de los muros 205 6.2.1 Espesor efectivo «t» 205 6.2.2 Esfuerzo axial máximo 207 6.2.3 Aplastamiento 210 6.2.4 Densidad mínima de muros reforzados y muros a reforzar 211 6.3 Metrado de cargas y centro de masas 214 6.3.1 Tipos de carga y metrado 214 6.3.2 Centro de masas 216 6.4 Análisis sísmico 217 6.4.1 Cortante basal, fuerzas sísmicas y torsión 217 6.4.2 Modelo estructural 221 7. Diseño sísmico 235 7.1 Diseño por acciones coplanares 237 7.1.1 Introducción 237 7.1.2 Pasos comunes del diseño 246 7.1.3 Diseño de la albañilería confinada 252 7.1.4 Diseño de muros de albañilería armada 267 7.2 Diseño por acciones perpendiculares al plano del muro 277 7.2.1 Introducción 277 7.2.2 Diseño de arriostres 281 7.2.3 Diseño de la albañilería 285 7.2.4 Consideraciones adicionales 292 7.3 Planos estructurales 295 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 8. Albañilería de tierra cruda 303 8.1 Construcciones tradicionales de adobe y tapial 303 8.1.1 Tipología 303 8.1.2 Reconocimiento del suelo 308 8.1.3 Tamizado del suelo 308 8.1.4 Fabricación de adobes 309 8.1.5 Construcción del muro de adobe 311 8.1.6 Construcción del muro de tapial 314 8.2 Comportamiento sísmico 318 8.2.1 Fallas sísmicas en viviendas tradicionales de adobe 319 8.2.2 Fallas sísmicas en viviendas tradicionales de tapial 321 8.3 Reforzamiento de viviendas existentes de adobe 321 8.3.1 Etapa 1. Experimental 322 8.3.2 Etapa 2. Proyecto Piloto 326 8.3.3 Etapa 3. Evaluación post sismo 328 8.4 Refuerzo para viviendas nuevas de adobe y tapial 331 8.4.1 Refuerzo de caña en viviendas nuevas de adobe 331 8.4.2 Refuerzo de geomalla en viviendas nuevas de adobe 332 8.4.3 Refuerzo con malla electrosoldada en viviendas nuevas de adobe 333 8.4.4 Adobe confinado con elementos de concreto armado 335 8.4.5 Tapial reforzado 337 Referencias 341 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Prólogo Esta publicación está basada en los apuntes de clase del curso «A lbañilería Estructu- ral», dictado en la Facultad de Ciencias e Ingeniería, y del curso virtual «Estructuras de Mampostería», dictado en la Escuela de Graduados de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP). En esta edición, los autores han procurado volcar su experien cia profesional, docente y de investigación. Por ello, esta publicación no solo está dirigida a los alum- nos, sino también a actualizar los conocimientos de los ingenieros civiles y, sobre todo, a los docentes universitarios encargados de difundir con mayor profundidad estos conocimien tos. Las estructuras de albañilería constituyen una alternativa económica y sencilla de aplicar en nuestro medio para resolver el alto déficit habitacional, mediante la cons- trucción de edificios de mediana altura, en donde se aprovecha el área del terreno con una sola cimentación y se comparten los servicios comunes de agua, desagüe y electricidad (con una sola cisterna, tanque de agua, etc.); mejor aún, si estos edificios se ubican en urbanizacio nes. Sin embargo, vivimos en un país sísmico, donde además el medio ambiente es altamente agresivo, por lo que estas edificaciones tienen que ser con venientemente analizadas, diseñadas y construidas (propósitos de este libro), de modo que tengan un adecuado comportamiento ante todo tipo de solicitación. Hasta antes de 1970, los edificios de albañilería se construían sin las precauciones necesarias, por lo que generalmente sufrían serios daños estructurales cuando ocurrían los sismos, y llegaban incluso a colapsar ante los terremotos. En otros casos se utilizaba paredes con espesores exagerados y muros en abundancia, y ello daba por resultado edificios seguros, pero antieconómi cos. Es decir, estas edificaciones no seguían los lineamientos de un diseño racional, debido a que el in geniero estructural no contaba con la información suficiente que le permitiese efectuar un diseño  adecuado. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 12 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería En el caso de la albañilería, nuestras técnicas constructivas y materiales de cons- trucción son muy diferentes a los que se emplean en otros países, por lo que a diferencia de otros materiales (como el concreto armado y el acero) resulta inade- cuado adoptar códigos de diseño extranjeros. Actualmente, aunque aún nos falta un largo camino por recorrer en lo que a investigaciones se refiere, contamos con un moderno código de diseño a la rotura, Norma E.070 «Albañilería» del 2006, que contempla criterios de desempeño. Esta Norma es aplicable a los edificios com- puestos por muros de albañilería armada o confinada, y está basada en los resultados teórico-expe ri men ta les de las investigacio nes llevadas a cabo desde 1979 en la PUCP, y en las enseñanzas dejadas por los sismos pasados. Esta Norma permite considerar la arquitectura moderna, la mejor calidad de los materiales de construcción, y conlleva a proyectar edificios de albañilería donde se aprovecha en mejor forma las dimensiones de los ambientes, colocando la mínima densidad posible de muros y, por supuesto, el refuerzo adecuado; de manera que los muros de es tas edificacio nes puedan soportar sismos moderados sin ningún daño estructural y sismos severos con daños estructurales que sean reparables, evitando a toda costa el colapso y, por ende, salvando lo primordial: las vidas humanas. En resumen, esta publicación constituye una síntesis del estado del arte de la alba- ñilería peruana, por lo que los autores tienen el deseo de que esta información sea de utilidad para los lectores de este libro. Ángel San Bartolomé, Wilson Silva y Daniel Quiun Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 1. Introducción 1.1 Objetivos El objetivo principal del libro es brindar al lector los conocimientos necesarios que le permitan analizar, diseñar y construir edificaciones de mediana altura (hasta de 5 pisos) hechas de albañilería estructural. Para alcanzar estos conocimientos, es necesa- rio estudiar el comportamiento de las edificacio nes de albañilería ante los terremotos ocurridos en el pasado, así como la influencia de diversos parámetros que han sido investigados a nivel teórico y experimental. Los resultados de estos es tudios permi- tieron renovar en Perú la Norma de Albañilería E.070 (SENCICO 2006), cuyas especificaciones aplicadas en la construcción y en el diseño estructural permiten que estas edificaciones puedan soportar todo tipo de solicitación, principalmente sismos moderados sin fisurarse (comportamiento elástico) y quedar en un estado reparable ante los sismos severos. En ese contexto, esta publicación ha sido preparada de manera que el lector obtenga primero una concepción global de los sistemas de albañilería (Capítulo 1), para después analizar: los materiales que componen a la albañilería (Capítulo 2), las propiedades de la albañilería simple (Capítulo 3), los procedimientos de construc- ción (Capítulo 4), su comportamiento sísmico real y experimental (Capítulo 5), y los procedimien tos de análisis y diseño estructural (Capítulos 6 y 7, respectivamente). Finalmente, se revisa la albañilería de tierra cruda, que es muy empleada en Perú y otros países. Como el comportamiento sísmico de estas construcciones tradicionales deja mucho que desear, es necesario que el lector conozca las técnicas constructivas y de reforzamiento que permiten mejorar su comportamiento ante los terremotos (Capítulo 8). Para profesores que enseñan esta materia Con fines didácticos, es conveniente que los conocimientos vertidos en esta publicación sean com plementados mediante prácticas continuadas, donde se Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 14 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería analice y diseñe un edificio de albañilería bajo diferentes condiciones, lo cual permitirá estudiar la influencia de diversas variantes sobre el edificio en estu- dio, para luego discutir el trabajo final entre todos los alumnos. Adicionalmente, estas prácticas teóricas deben complementarse realizan do una pequeña investigación experimental (Fig. 1.1) y visitas a fábricas ladrilleras y edificaciones de albañilería en proceso de construcción. Todo esto permitirá conocer mejor nuestra realidad. Fig. 1.1. Alumnos efectuando una investigación experimental. 1.2 Breve historia de la mampostería Una buena recopilación histórica sobre la mampostería (más conocida en nuestro medio como «Albañilería»), acompañada de gráficos y datos cronológicos, se muestra en Gallegos y Casabonne (2005); en esta publicación solo se resaltarán los aspectos históricos más importantes. La «Albañilería» o «Mampostería» se define como un conjunto de unidades trabadas o adheridas entre sí con algún material, como el mortero de barro o de cemento. Las unidades pueden ser naturales (piedras) o artificiales (adobe, tapias, ladrillos y bloques). Este sistema fue creado por el hombre a fin de satisfacer sus necesidades, prin cipalmente de vivienda. Bajo esta definición, se concluye que la albañilería existió desde tiempos remotos y que su forma inicial podrían haber sido los muros hechos con piedras naturales trabadas o adheridas con barro (Fig. 1.2), lo que ac tualmente en nuestro medio se denomina «pirca». La primera unidad de albañilería artificial consistió en una masa amorfa de barro secada al sol (Fig. 1.3); vestigios de esta unidad han sido en contrados en las ruinas de Jericó (Medio Oriente), 7350 años a.C. Es interesante destacar que anti- guamente las unidades no tenían una forma lógica, y se han encontrado unidades de forma cónica en lugares y épocas distintas: en Mesopotamia (7000 años de antigüe- dad) y en Huaca Prieta, Perú (5000 años de antigüedad). Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 15 Fig. 1.2. Pirca Fig. 1.3. Jericó, Gallegos y Casabonne (2005) y Chavín. El molde empleado para la elaboración de las unidades artificiales de tierra, lo que hoy denomina mos «adobe», fue creado en Sumeria (región ubicada en el Valle del Éufrates y Tigris, en Baja Mesopotamia) 4000 a.C. A raíz de aquel aconteci- miento, empezaron a masificarse las construcciones de albañilería en las primeras civilizaciones. El adobe fue llevado al horno unos 3000 años a.C. en la ciudad de Ur, tercera ciudad más antigua del mundo (después de Eridú y Uruk, pertenecientes a la cultura Sumeria, lo que hoy es Irak), y se formó así lo que ahora se denomina el ladrillo de arcilla o cerámico. A partir de entonces, se levantaron enormes construcciones de ladrillos asentados con betún o alquitrán, como la Torre de Babel («Etemenanki», zigurat de 8 pisos, Fig. 1.4); y en la época del Rey Nabucodo no sor II (Babilonia, 600 a.C.), se construyeron edificios hasta de 4 pisos. Fig. 1.4. Torre de Babel. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 16 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fue en Babilonia (Fig. 1.5) que el Rey Hammurabi (1700 a.C.) creó el primer reglamento de construcción, donde se especificaba que si por causas atribuibles al constructor fallecía el propietario de una vivienda, se debía dar muerte al construc- tor de la misma, y si fallecía el hijo del propietario, había que dar muerte al hijo del constructor. Fig. 1.5. Babilonia. Por aquella época, pero en otras civilizaciones, se efectuaron construcciones de albañilería aprovechando la materia prima existente en la zona. Por ejemplo (Fig. 1.6), en Egipto se asentaban rocas con mortero de yeso y arena (como las pirámides de Giza, con unos 4000 años de antigüedad); mientras que en Grecia se asentaron pie- dras con mortero de cal, revestidas con mármol (como el templo a la diosa Atenea, «Partenón», 440 a.C.). Fig. 1.6. Pirámide de Giza y el Partenón. El mortero de cemento puzolánico fue inventado por Vitruvio (arquitecto romano, 25 a.C.), quien mezcló con cal y agua la «arena volcánica» del volcán Vesubio (actual- mente denominada «puzolana»). Fue a partir de aquel entonces que hubo una gran innovación en las formas estructurales, y se construyeron enormes estructuras con arcos, bóvedas y lucernarios, tal como el «Panteón» en Roma (Fig. 1.7). Después de la caída del Imperio romano, el mortero puzolánico pasó al olvido, hasta que Smeaton (ingeniero británico) lo rescató en el año 1756 para reconstruir un faro en Inglaterra. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 17 Fig. 1.7. Panteón. En el siglo XVIII, en conjunto con la Revolución Industrial (que comenzó en Inglaterra), empezó la industrialización en la fabricación de ladrillos, y se inventaron máquinas como trituradoras, mezcladoras y prensas para moldear mecánicamente el ladrillo; aunque se cree que se empleaban 2 kg de carbón para hornear 1 kg de arcilla. En Perú, los ladrillos de arcilla llegaron en la época de la colonia española, y la primera fábrica de ladrillos fue construida en Lima en el año de 1856. La primera obra de albañilería reforzada data del año 1825, en Inglaterra. Brunel (ingeniero británico) construyó 2 accesos verticales a un túnel bajo el río Támesis (Londres, Fig. 1.8), de 15m de diámetro y 20m de profundidad, con paredes hechas de albañilería de 75cm de espesor, reforzadas ver ticalmente con pernos de hierro forjado y horizontalmente con zunchos metálicos. Fig. 1.8. Río Támesis en Londres. La albañilería confinada fue creada por ingenieros italianos, después de que el sismo de Messina, Sicilia, en 1908 (Fig. 1.9), arrasara con las viviendas no reforzadas. En Perú, la albañilería confinada ingresó después del terremoto de 1940; mientras que la armada lo hizo en la década del 60, pese a que esta había sido creada antes. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 18 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Un hecho curioso le ocurrió a Ángel San Bartolomé cuando trabajaba en el reforza­ miento de una vivienda muy antigua, carente de planos, en La Punta (Callao). En esa vivienda encontró un retazo de periódico del año 1940, que había sido utilizado para taponar el encofrado del aligerado. Esa vivienda tenía en sus esquinas columnas de concreto ciclópeo con piedras medianas (el concreto que actualmente se usa en los sobrecimien tos) y refuerzo vertical liso corroído por la brisa marina. Hasta ese ins­ tante se pensaba que la albañilería confinada había sido introducida en el Perú en la década de los 50, mas esa vivienda demostró que tal hecho había ocurrido antes. Fig. 1.9. Messina. Cerrando la historia, se debe indicar que el estudio racional de la albañilería se inició recién a partir de los ensayos llevados a cabo en los Estados Unidos (1913) y en la India (1920, Fig. 1.10). En Perú, los primeros ensayos en albañilería se realiza- ron en la década del 70 y los escasos resultados alcanzados hasta el año 1982 fueron utilizados en la elaboración de nuestro primer reglamento específico de albañilería (Norma E.070, ININVI, 1982). Fig. 1.10. Ensayos en 1920 y en 1990. Finalmente, los múltiples ensayos realizados, así como las investigaciones teóricas y las enseñanzas dejadas por los sismos, permitieron elaborar en Perú una moderna Norma E.070, publicada en el año 2006 como parte del Reglamento Nacional de Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 19 Edificaciones. A diferencia de otros materiales (como el acero o concreto armado), debe indicarse que la adaptación de normas de diseño extranjeras resultan inaplica- bles al caso de la albañilería peruana; esto se debe a la gran diferencia de los materiales de construcción, así como en la mano de obra y las técnicas de construcción emplea- das en otros países. 1.3 Construcción de albañilería y albañile ría estructural Construcción de Albañilería. Para los fines de esta publicación, se define como construcción de albañilería a todo aquel sistema donde se ha empleado básicamente elementos de albañilería (muros, vigas, pilastras, etc.). Estos elementos a su vez están compuestos por unidades de albañilería (bloques o ladrillos) de arcilla, sílice-cal o de concreto, adheridas con mortero de cemento o concreto fluido («grout»). La alba- ñilería con unidades de tierra cruda (adobe y tapial) será estudiada especialmente en el Capítulo 8. Estas construcciones pueden tener diversos fines, como por ejemplo: viviendas, tanques de almacenamiento de agua (Fig. 1.11), muros de contención, etc. Sin embargo, debe indicarse que la Norma E.070 y las actuales investigaciones están orientadas a aportar conocimientos al tema de la vivienda; en consecuencia, para construcciones distintas a edificios, las disposiciones de la Norma se aplicarán en la medida en que sea posible. Fig. 1.11. Ejemplo del mal uso de la albañilería: tanque de agua hecho de albañilería no reforzada, apoyado sobre pilas de mampostería. Albañilería Estructural. Son las construcciones de albañilería que han sido diseñadas racionalmen te, de manera que las cargas actuantes durante su vida útil se transmitan adecuadamente a través de los elementos de albañilería (convenientemente reforza- dos) hasta el suelo de cimentación. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 20 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería En cuanto a edificios, el sistema estructural de albañilería puede emplearse solo cuando estos contengan abundancia de muros; por ejemplo en viviendas uni o multifamilia res, en hoteles, etc. Esto no quiere decir que toda la estructura debe ser úni- camente de albañilería, sino que pueden existir columnas y placas de concreto armado (Fig. 1.12), o de cualquier otro material, que ayuden a los muros a transmitir la carga vertical, o que en conjunto con la albañilería tomen la fuerza sísmica; sin embargo, el sistema estructural predominante estará conformado por los muros de albañilería. Fig. 1.12. Edificio de albañilería con placa adicional. 1.4 Tipos de albañilería y especificaciones reglamentarias La albañilería se clasifica de dos maneras: a) por la función estructural; y b) por la distribución del refuerzo. 1.4.1 Clasificación por la Función Estructural Por la función que desempeñan los muros, se clasifican en Portantes y No Portantes. Muros No Portantes son los que no reciben carga vertical, son por ejemplo los cercos, parapetos y tabiques (Fig. 1.13). Estos muros deben diseñarse básicamente para cargas perpendiculares a su plano, originadas por el viento, sismos u otras cargas de empuje. No se diseñan para acciones sísmicas coplanares porque su masa es pequeña y genera fuerzas de inercia mínimas en comparación con su resistencia a fuerza cortante. Mientras que los cercos son empleados como elementos de cierre en los linderos de una edificación (o de un terreno), los tabiques son utilizados como elementos divisorios de ambientes en los edificios; en tanto que los parapetos son usados como barandas de escaleras, cerramientos de azoteas, etc. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 21 Fig. 1.13. Muros No Portantes. En nuestro medio, los tabiques generalmente son hechos de albañilería (Fig. 1.14), debido a sus buenas propiedades térmicas, acústicas, resistentes e incombustibles. Por lo general, en estos elementos se emplea mortero de baja calidad y ladrillos tubula- res (perforaciones paralelas a la cara de asentado), denominados «pandereta», cuya finalidad es aligerar el peso del edificio, con la consiguiente reducción de las fuerzas sísmicas. Sin embargo, si los tabiques no han sido cuidadosamente aislados de la estructura principal, haciéndolos «flotantes», ocurrirá la interacción tabique-estruc- tura en el plano del pórtico, problema que se estudiará en el acápite 5.2.1. Fig. 1.14. Tabique con ladrillo pandereta. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 22 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Muros Portantes son los que se emplean como elementos estructurales de un edificio. Estos muros están sujetos a todo tipo de solicitación, tanto contenida en su plano como perpendicular al mismo, tanto vertical como lateral, así como perma- nente o eventual. 1.4.2 Clasificación por la Distribución del Refuerzo De acuerdo a la distribución del refuerzo, los muros se clasifican en: A. Muros no reforzados o de albañilería simple B. Muros reforzados (armados, albañilería de junta seca, laminares y confinados) A. Muros No reforzados o de Albañilería Simple Son aquellos muros que carecen de refuerzo o que teniéndolo, no cumplen con las especificacio nes mínimas reglamentarias que debe tener todo muro reforzado. De acuerdo a la Norma E.070, este tipo de edificación no debe emplearse, por el carácter frágil de su falla ante los terremotos (Fig. 1.15). Fig. 1.15. Albañilería No Reforzada. Sin embargo, en Lima existen muchos edificios antiguos de albañilería no refor- zada, incluso de 5 pisos, ubicados sobre suelos de buena calidad y con alta densidad de muros en sus dos direcciones, razones por las que estos sistemas se han compor- tado elásticamente (sin ningún tipo de daño) ante los terremotos ocurridos en los años de 1966, 1970 y 1974. Un edificio ubicado en Lima (de 4 pisos, Fig. 1.16) fue estudiado por Rafael Cestti, en su tesis de investigación (PUCP-1992), quien demostró (usando el pro- grama «TODA» de análisis dinámico paso a paso) que ante las acciones de los terremotos de 1966, 1970 y 1974, el edificio se comportaba elásticamente, debido Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 23 no solo a su alta resistencia, sino también por su elevada rigidez lateral otorgada por los muros y el alféizar de las ventanas; sin embargo, ante la acción de sismos más severos, la estruc tura era insegura y podía colapsar. Fig. 1.16. Edificio analizado por Cestti. Cabe destacar que un muro de albañilería no reforzada presenta prácticamente la misma resistencia a fuerza cortante que un muro confinado de iguales caracterís- ticas; sin embargo, las columnas de confinamiento incrementan la rigidez lateral del muro confinado, reduciendo el período de vibrar de la edificación correspondiente y la fuerza sísmica actuante. Aparte, las columnas de confinamiento proporcionan ductilidad después de que la albañilería confinada se agrieta por corte y, además, las columnas proporcionan arriostres verticales al muro confinado ante acciones sísmi- cas perpendiculares a su plano. B. Muros Reforzados De acuerdo a la disposición del refuerzo, los muros se clasifican en: B.1. Muro de albañilería armada (muro armado) B.2. Muro de albañilería de junta seca B.3. Muro laminar («Sandwich») B.4. Muro de albañilería confinada (muro confinado) B.1 Muro de albañilería armada (muro armado) Los muros armados se caracterizan por llevar el refuerzo en el interior de la albañile- ría (Fig. 1.17). Este refuerzo está general men te distribuido a lo largo de la altura del muro (refuerzo horizontal) como de su longitud (refuerzo vertical). Para integrar el refuerzo con la albañilería, es necesario llenar los alvéolos (o celdas) de los bloques con concreto líquido (grout), material cuyas características se darán a conocer en el Capítulo 2. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 24 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fig. 1.17. Albañilería Armada. Estos muros requieren de la fabricación de unidades con alvéolos donde se pueda colocar el refuerzo vertical; en tanto que dependiendo del diámetro del refuerzo horizon tal (Fig. 1.18), este se coloca en los canales de la unidad (cuando el diámetro es mayor de 1/4”), o en la junta horizontal (cuando el diámetro es menor o igual a 1/4”). El diámetro del refuerzo horizontal depende de la magnitud de la fuerza cor- tante que tiene que ser soportada íntegramente por el acero. Fig. 1.18. Refuerzo en la albañilería armada. De acuerdo a la Norma E.070, todo muro armado debe satisfacer los siguientes requisitos mínimos (Fig. 1.19): a) El recubrimiento de la armadura debe ser mayor que 1.5 veces el diámetro de la barra, y no debe ser menor de 10mm. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 25 b) El espesor del mortero en las juntas horizontales no debe ser menor al diáme- tro de la barra horizontal (alojada en la junta) más 6mm. c) El diámetro o dimensión mínima de los alvéolos debe ser 5cm por cada barra vertical, o 4 veces el diámetro de la barra por el número de barras alojadas en el alvéolo. Fig. 1.19. Disposiciones reglamentarias en la albañilería armada. d) En los muros portantes, la cuantía mínima del refuerzo vertical u horizontal es 0.001. Por ejemplo, para el refuerzo horizontal: rh(mín) = 0.001 = As / (s t). Para un muro hecho con bloques de concreto vibrado de espesor t = 14cm y empleando 1 f ¼» (As = 0.32cm2), el espaciamiento máximo resulta s = 0.32 / (0.001x14) = 22cm, lo que equivale a 1 f ¼» cada hilada (en el eje), ó 2 f ¼» @ 2 hiladas en escalerilla electrosoldada colocada en las juntas. Este refuerzo debe ser continuo y anclado en los extremos del muro. e) En todos los bordes del muro y en las intersecciones de los muros ortogonales debe colocarse como refuerzo vertical por lo menos 2 f 3/8”, o su equivalente 1 f 1/2”. f ) Para el caso de muros no portantes (cerco, parapeto o tabique), la cuantía mínima de refuerzo vertical u horizontal es 0.0007. Esta cuantía controla los problemas de fisuración por contracción de secado del grout o por cambios de temperatura. Por otro lado, la Norma E.070 especifica que cuando la edificación está ubicada en la Zona Sísmica 2 ó 3, todas las celdas de los bloques correspondientes a los muros portantes deben rellenarse con grout, contengan o no refuerzo vertical, para evitar la trituración de los bloques vacíos que causaría una fuerte degradación de resistencia en el muro (Fig. 1.20). Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 26 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fig. 1.20. Albañilería armada parcialmente rellena, En nuestro medio se utilizan vigas de concreto armado en los dinteles. Cuando estos dinteles son peraltados, deben ser continuos porque, en los extremos de los dinteles discontinuos (Fig. 1.21) se generan fisuras, ya sea por contracción de secado del concreto o por cambio de temperatura, y también, porque la reacción vertical en los extremos del dintel puede llegar a triturar localmente a los bloques donde apoya el dintel. Fig. 1.21. Dintel discontinuo. Las vigas también pueden ser hechas de albañilería armada (Fig. 1.22-izquierda), usando medios bloques en forma de «U», como base de la viga. El refuerzo inferior corre por la base de los bloques «U», mientras que el superior lo hace por la losa de techo y los estribos son barras verticales que pasan por las celdas de los bloques, espaciadas en múltiplos de 20cm, y ancladas con ganchos a 180º sobre las barras longitudinales. La técnica de diseño (Fig. 1.22-derecha) es completamente similar a la de las vigas de concreto armado, con la diferencia que debe emplearse f´m (resis- tencia a compresión de la albañilería) en vez de f´c (resistencia a compresión del concreto); asimismo, en vez de utilizar la deformación unitaria de rotura del concreto (ec = 0.003), debe emplearse em = 0.0025. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 27 Fig. 1.22. Dinteles de albañilería armada y diseño estructural. B.2 Muro de albañilería de junta seca Una variedad de los muros armados son los muros de junta seca o apilables. Estos son muros que no requieren el uso de mortero en las jun tas verticales u horizontales (Fig. 1.23). Esta variedad de muros armados será vista en el Capítulo 4. Fig. 1.23. Albañilería de junta seca. B.3 Muro laminar («Sandwich») Este muro está constituido por una placa delgada de concreto (dependiendo si el espesor es de 1 a 4 pulgadas, se usa grout o concreto normal) reforzado con una malla de acero central, y por dos muros de albañilería simple que sirven como encofrados de la placa (Fig. 1.24). Debido a la adherencia que se genera entre el concreto y los muros de albañilería, así como por el refuerzo transversal (en forma de «Z») que se emplea para conectar los dos muros y como apoyo del refuerzo horizontal, se logra la integración de todo el sistema. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 28 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Sin embargo, en la única investigación experimental realizada en el Perú por el Ing. Héctor Gallegos, utilizando ladrillos sílico-calcáreos en la albañilería, se observó un buen comportamien to elástico del muro laminar, con una elevada rigidez lateral y resistencia al corte; pero después de producirse el agrietamiento diagonal de la placa, ocurrió una fuerte degradación de resistencia y rigidez (falla frágil), debido principal- mente a que los muros de albañilería se separaron de la placa, «soplándose». Este tipo de albañilería no se utiliza en el Perú, por lo que no figura en la Norma E.070 y tampoco será tratada en este libro, sin embargo, debe mencionarse que en zonas sísmicas de Estados Unidos (California), se le emplea en la construcción de edificios elevados. Fig. 1.24. Albañilería laminar. En adición, debe señalarse que en muchos países se utilizan muros de albañilería como acabados de los muros principales (Fig. 1.25), lo cual sísmicamente es peligroso, en tanto que en el Perú se utilizan enchapes cerámicos (de espesor muy delgado). Fig. 1.25. Cobertura de muros portantes. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 29 B.4 Muro de albañilería confinada (muro confinado) Este es el sistema que tradicionalmente se emplea en casi toda Latinoamérica para la construcción de edificios hasta de 5 pisos. La albañilería confinada (Fig. 1.26) se define como aquella que se encuentra ínte- gramente bordeada por elementos de concreto armado (exceptuando la cimentación que puede ser de concreto ciclópeo), vaciado después de haberse construido el muro de albañilería y con una distancia entre columnas que no supere en más de 2 veces la altura del piso. Fig. 1.26. Albañilería confinada. Es importante seguir la secuencia constructiva indicada para que los confinamien- tos se adhieran a la albañilería y formen un conjunto que actúe de manera integral. Cuando se construye primero las columnas y después la albañilería, ante los sismos la albañilería se separa de las columnas, como si existiese una junta vertical entre ambos materiales, quedando los muros sin arriostres verticales en sus bordes y ante las acciones sísmicas perpendiculares al plano de los muros, terminan volcándose (Fig. 1.27). Fig. 1.27. Procedimiento constructivo incorrecto y consecuencia. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 30 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería También es necesario que la albañilería esté completamente bordeada por los confinamientos. De otro modo, por ejemplo, cuando existe una sola columna en el muro, el grosor de las grietas diagonales producidas en la albañilería sometida a terre- motos se torna incontrolable (Fig. 1.28). De acuerdo a la Norma E.070, este tipo de muro califica como no confinado. Fig. 1.28. Albañilería no confinada. Los elementos de concreto armado que rodean al muro sirven principalmente para ductilizar el sistema; esto es, para otorgarle capacidad de deformación inelástica, in crementando levemente su resistencia por el hecho de que la viga («solera», «viga collar», «collarín» o «viga ciega») y las columnas de confinamiento son elementos de dimensiones pequeñas y con escaso refuerzo. Adicionalmen te, esta especie de pórtico funciona como elemento de arriostre cuando la albañilería se ve sujeta a acciones perpendiculares a su plano. La acción de confinamiento que proporciona el «pórtico» de concreto puede interpretarse físicamente mediante el ejemplo siguiente: Supóngase un camión sin barandas, que transporta cajones montados unos sobre otros. Si el camión acelera bruscamente, es posible que los cajones salgan desperdiga­ dos hacia atrás por efecto de las fuerzas de inercia, lo que no ocurriría si el camión tuviese barandas resistentes. Haciendo una semejanza entre ese ejemplo y la albañilería confinada sujeta a terremotos, la aceleración del camión correspondería a la aceleración sísmica, los cajones sueltos serían los trozos de la albañilería simple ya agrietada y las barandas del camión corresponde rían al marco de concreto, el que evidente mente tiene que ser especialmente diseñado a fin de que la albañilería simple continúe trabajando, incluso después de haberse fragmentado. El comportamiento sísmico de un tabique en el interior de un pórtico de con- creto armado es totalmente diferente al comportamiento de los muros confinados. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 31 La razón fundamental de esa diferencia se debe al procedimiento (secuencia) de cons- trucción, al margen del tipo de unidad o mortero que se emplee en cada caso. Mientras que en el caso de los tabiques, primero se construye la estructura de concreto armado (incluyendo el techo que es sostenido por el pórtico) y después de desencofrar el pórtico se construye el tabique de albañilería; en el caso de los muros confinados el proceso constructivo es al revés, esto es, primero se construye la alba- ñilería, posteriormente se procede con el vaciado de las colum nas y luego se vacía el concreto de las soleras en conjunto con la losa del techo. De esta manera, el muro confinado es capaz de soportar y transmitir cargas verticales, función que no pueden hacer los tabiques. Esta técnica constructiva permite a los muros confinados desarrollar una gran adherencia en la interfase columna-muro y solera-muro, integrándose todo el sis- tema, incluso después de haberse producido el agrietamiento diagonal (Fig. 1.29). Estos elementos trabajan en conjunto, como si fuese una placa de concreto armado sub-reforzada (con refuerzo solo en los extremos), con otras características elásticas y resistentes. Fig. 1.29. Muro confinado. Lo expresado en el párrafo anterior no ocurre en los tabiques, ya que la zona de intercone xión concreto-al bañilería es débil (la interfase pórtico-tabique es usual- mente rellenada con mortero), lo que hace que incluso ante la acción de sismos leves, ambos elementos se separen, trabajando la albañilería como un puntal en compre- sión (Fig. 1.30); esto se debe a que la zona de interacción (contacto) solo se presenta en las esquinas, al deformarse el tabique básicamente por corte («panel de corte»), mientras que el pórtico (más flexible que el tabique) se deforma predominantemente por flexión. Este efecto, así como las característi cas del puntal, se estudiarán en deta- lle en el acápite 5.2.1. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 32 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fig. 1.3. Tabique. Los re quisitos mí nimos de la Norma E.070, para que un muro se considere con- finado son: 1. El muro debe estar enmarcado en sus 4 lados por elementos de con creto armado (o la cimentación) especialmente diseñados; debido al carácter cíclico del efecto sísmico. 2. La distancia máxima entre los confinamientos verticales (columnas) debe ser dos veces la distancia que existe entre los confinamientos horizontales (sole- ras); más allá, la acción de confinamiento se pierde, especialmente en la región central de la albañilería donde el tamaño de las grietas se vuelve incontrolable. 3. El área mínima de las columnas de confinamiento (Fig. 1.31) debe ser: Ac (mín) = 15 t (cm²) Donde: t = espesor del muro (cm) Fig. 1.31 Respecto a la solera (Fig. 1.32), esta puede tener un peralte igual al espesor de la losa del techo, con un área suficiente para alojar al refuerzo respectivo; debido a que la solera trabaja a tracción y más bien debe servir como un elemento transmisor de cargas verticales y horizontales hacia la albañilería. Cabe indicar que al cumplirse la hipótesis de Navier en el muro («la sección plana permanece plana antes y después de haberse aplicado las cargas»), la viga solera no puede deformarse por flexión, porque al haberse vaciado su con- creto sobre la albañilería, por compatibilidad de desplazamientos debe seguir Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 33 la  deformada del muro; en cambio, la viga dintel, al cubrir los vanos de puer- tas y ventanas, sí se deforma por flexión y debe tener un peralte adecuado para soportar las acciones existentes sobre ella. Fig. 1.32. Dintel y solera. 4. El área de acero mínimo del refuerzo longitudinal a emplear en los confina- mientos horizontales y verticales debe ser: As (mín) ≥ 0.1 f ’c Ac / fy ó 4 f 8mm, lo que sea mayor Esta expresión proviene de suponer que en caso el concreto fisure por tracción (para un esfuerzo f´t ≈ 0.1 f´c), debe existir un refuerzo mínimo capaz de absorber esa tracción (T); esto es: T = f ’t Ac ≈ (0.1 f ’c) Ac ≤ As fy → As (mín) ≥ 0.1 f ’c Ac / fy La canastilla de refuerzo debe estar compuesta por lo menos por 4 varillas longitudinales de manera que exista un núcleo de concreto confinado (figuras 1.31 y 1.33). Adicional men te, debe emplearse un concreto cuya resistencia mínima sea f ’c = 175 kg/cm². Fig. 1.33. Núcleo confinado. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 34 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería 5. Los traslapes deben ser diseñados a tracción. Así, la longitud de traslape según la Norma de Concreto Armado E.060 es: LT (clase C) = 1.7 (0.006 D fy) ≈ 45 D; donde D = diámetro de la barra ≤ 3/4”, y fy = 4.200 kg/cm². Estos tras- lapes deben hacerse fuera de los nudos (Fig. 1.34), para evitar la congestión de refuerzo que produciría cangrejeras. Fig. 1.34. Traslape del refuerzo. 6. El anclaje del refuerzo vertical y horizontal debe ser diseñado a tracción. Así, según la Norma de Concreto Armado E.060, la longitud de desarrollo de la parte recta de una barra que termina en gancho estándar es: Ldg = 318 Db /√f ’ c ≥ 8 Db ó 15cm. Esto implica que las columnas deben tener un peralte ade- cuado (mínimo 15cm), de modo que permita anclar el refuerzo longitudinal empleado en las soleras (Fig. 1.35). Fig. 1.35. Anclaje del refuerzo. 7. En previsión del corrimiento de la falla diagonal del muro sobre los elemen- tos de confinamiento, debe existir concentración mínima de estribos en las esquinas del marco de confinamiento. Según la Norma E.070, la longitud a confinar es 45cm o 1.5d, lo que sea mayor (Fig. 1.36), usando como mínimo: Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Introducción 35 [] f 1/4”, 1 @ 5, 4 @ 10cm, resto @ 25cm (montaje) más la adición de por lo menos 2 estribos en los nudos. Fig. 1.36. Estribos mínimos. 8. Los muros confinados sujetos a una elevada carga vertical (definida como aquella que produce un esfuerzo axial mayor al 5% de la resistencia a compre- sión de las pilas de albañilería: s > 0.05 f ’m), tienen un mal comportamiento sísmico, y ello disminuye drásticamente su ductilidad. Para evitar este pro- blema debe adicionarse una cuantía mínima de refuerzo horizontal (0.001), que debe ser continuo y anclado en las columnas con ganchos verticales (Fig. 1.37). El doblez de estos ganchos debe ser vertical, en previsión de fallas por anclaje que podrían generarse cuando se formen fisuras horizontales de tracción por flexión en las columnas. Sin embargo, aun existiendo ese refuerzo horizontal, el esfuerzo axial actuante no debe exceder de 0.15 f ’m. Fig. 1.37. Refuerzo horizontal. El refuerzo horizontal recién trabaja después que el muro se haya agrietado dia- gonalmente (Fig. 1.38), de otro modo, este refuerzo simplemente se traslada en conjunto con la albañilería al no existir desplazamiento horizontal relativo. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 36 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Por lo que si se demuestra que ante la acción de sismos severos el muro per- manece en el régimen elástico, no será necesario la adición de este refuerzo, aunque se dé el caso s > 0.05 f ’m. Fig. 1.38. Cuantía mínima de refuerzo horizontal. Lecturas complementarias al Capítulo 1: 1.1 Ga lle gos, Héctor y Carlos Casabonne (2005). «Historia de la Albañilería», en Al ba ñile ría Es truc tu ral. Lima: Fondo Editorial de la Pontificia Universidad Católica del Perú. 1.2 San Bartolomé, Ángel (2007). «Comentarios al Capítulo 7 de la Norma E.070: Requisitos Estructurales Mínimos». En: http://blog.pucp.edu.pe/albanileria Nota: Las figuras correspondientes a los monumentos históricos mostrados en este capítulo (1.4 a 1.8) han sido obtenidas de la página web http://www.webshots.com. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 2. Componentes de la albañilería Este capítulo trata sobre los elementos que componen los muros de albañilería con- finada y armada: la unidad de albañilería, el mortero que sirve para unir las unidades y otros materiales que sirven como refuerzo y complementan el sistema, como son: el concreto, el acero y el grout o concreto líquido. 2.1 Unidades de albañileria Las unidades empleadas en las construcciones de albañilería son diversas (Fig. 2.1), por lo que es necesario establecer clasificaciones de acuerdo a sus principales propiedades. Fig. 2.1. Variedad de unidades de albañilería. 2.1.1 Clasificación por sus dimensiones De acuerdo a las dimensiones o por su tamaño, las unidades se clasifican en ladrillos (Fig. 2.2) y bloques (Fig. 2.3). Se les llama ladrillos cuando pueden ser manipula dos y asentados con una mano; y bloques, cuando por su peso y mayores dimensiones se deben emplear ambas manos. Los ladrillos se usan en la construcción de la alba- ñilería confinada y sus dimensiones comunes son: ancho = 11 a 14cm, largo = 23 a 29cm, altura = 6 a 9cm, y su peso oscila entre 3 y 6kg. Los bloques se utilizan Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 38 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería en las edificaciones de albañilería armada y para el caso de los bloques de concreto vibrado, las dimensiones comunes son: 14 ó 19cm de espesor, 19 ó 39cm de longitud y 19cm de altura, aunque comercialmente se les añade 1cm de junta para identificar- los (por ejemplo, bloque con dimensiones nominales de 20x20x40 cm). El peso de estos bloques puede variar entre 12 y 20kg. Fig. 2.2. Ladrillos nacionales de arcilla, sílice-cal y de concreto vibrado, para edificios de albañilería confinada. Fig. 2.3. Bloques nacionales de arcilla, sílice-cal y de concreto vibrado, para edificaciones de albañilería armada. 2.1.2 Clasificación por su materia prima y fabricación Por su materia prima (figuras 2.2 y 2.3), las unidades de albañilería son básicamente hechas de arcilla (o unidades cerámicas), de sílice-cal (o unidades sílico-calcáreas) y Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 39 de concreto. Las dimensiones (ancho x largo x alto) de un bloque sílico-calcáreo son: 12 x 29 x 14 cm, y las de de un bloque de arcilla son: 12 x 39 x 19 cm. Por su fabricación, las unidades pueden ser artesanales o industriales. Las unidades de arcilla y de concreto admiten ambas modalidades, mientras que las unidades sílico- calcáreas son únicamente de fabricación industrial. En algunos casos, la fabricación incluye aspectos de ambas modalidades y se denomina entonces semi-industriales. La Fig. 2.4 muestra un horno abierto de quemado artesanal de ladrillos de arcilla. Este proceso de quemado artesanal hace que aquellos ladrillos ubicados en la parte alta del horno salgan crudos, mientras que los ubicados en la parte baja salgan vitri- ficados (quemados). En el primer caso, es necesario proteger a los muros de la acción de la intemperie tarrajeándolos. En el segundo caso, es recomendable desechar esos ladrillos, ya que la vitrificación impermeabiliza las caras de la unidad e impide la absorción del material cementante del mortero, lo que disminuye considerablemente la adherencia unidad-mortero. La Fig. 2.5 muestra en cambio el proceso industrial de fabricación de ladrillos de arcilla. Fig. 2.4. Ladrillos artesanales de arcilla. Fig. 2.5. Fabricación industrial de ladrillos de arcilla (Gallegos y Casabonne (2005)). Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 40 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería A. Unidades de arcilla A.1 Materia Prima Las arcillas empleadas como materia prima para la fabricación de los ladrillos se clasifi- can en calcáreas y no calcáreas. Las primeras contienen un 15% de carbonato de calcio, que da lugar a unidades de color amarillento (Fig. 2.6); en las segundas, predomina el silicato de alúmina con un 5% de óxido de hierro, que le proporciona un tono rojizo. Fig. 2.6. Cantera. Las mejores arcillas tienen arena y limo; es necesario que contengan arena para reducir los efectos de contracción por secado de la arcilla, que podría generar fisuras en los ladrillos. A.2 Fabricación Este proceso es muy variado, lo que da lugar a unidades artesanales, semi-industriales e industriales, con una gran diferencia en sus formas, resistencias y dimensiones. La extracción del material en la cantera se hace con picos, lampas y carretillas (proceso artesanal); o usando palas mecánicas (proceso industrial). Posteriormente, se tamiza el material (Fig. 2.7) empleando mallas metálicas, para de este modo elimi- nar las piedras y otras materias extrañas. Fig. 2.7. Tamizado. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 41 La molienda de la materia prima puede ser apisonándola (proceso artesanal) o con molinos (proceso industrial, Fig. 2.8). Fig. 2.8. Molienda. El mezclado de la materia prima con agua y arena se realiza dejando dormir la tierra durante un día (Fig. 2.9, artesanal), o empleando máquinas dosificadoras al peso y amasadoras (Fig. 2.10, industrial). Fig. 2.9. Mezclado artesanal. Fig. 2.10. Mezclado industrial. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 42 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería El moldeado se efectúa artesanalmente echando con fuerza la mezcla sobre mol- des de madera (Fig. 2.11), o semi-industralmente con prensas manuales (Fig. 2.12), o industrialmente con prensas hidráulicas (Fig. 2.13) que aplican más de 500ton de carga, o con extrusoras (Fig. 2.14); en este último caso, la masa plástica es obligada a pasar por una boquilla con la sección transversal del producto terminado, que luego es recortado con una sierra eléctrica. Fig. 2.11. Moldeado artesanal. Fig. 2.12. Moldeado semi-industrial. Fig. 2.13. Moldeado con prensa hidráulica. Fig. 2.14. Moldeado con extrusora. El proceso de secado se realiza artesanalmente colocando las unidades en un ten- dal (Fig. 2.15), o industrialmente intro duciéndolas en un horno con temperatura regulable que va desde la del medio ambiente hasta los 200°C, para volver a la tem- peratura ambiental. Fig. 2.15. Secado artesanal. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 43 El quemado se efectúa en hornos abiertos con quemadores de leña (Fig. 2.16) o petróleo (colocados en la base). Esto da lugar a diferencias de más del 100% entre la resistencia de las unidades ubicadas en la parte baja y alta del horno. También hay hornos tipo túnel con quemadores de petróleo o de carbón molido (Fig. 2.17), con cámaras de temperatu ra regulables desde la del medio ambiente hasta 1200°C. Este proceso dura entre 3 y 5 días. Fig. 2.16. Horno abierto. Fig. 2.17. Horno tipo túnel. Es destacable señalar que en países industrializados como Inglaterra y Japón, el control de calidad de las unidades de albañilería es exhaustivo. Además, en las fábri- cas existen (Fig. 2.18): 1) cámaras de limpieza con cepillos y aire comprimido, así no es necesario limpiar las unidades en obra y 2) máquinas empaquetadoras, por lo que, la pérdida o deterioro de las unidades durante su transporte y colocación en obra es mínima, aparte que esto mejora el rendimiento en la construcción. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 44 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fig. 2.18. Cámara de limpieza y unidades empacadas. En cambio, en Perú el transporte (Fig. 2.19) desde el horno hacia el almacén de la fábrica, de allí hacia el pie de la obra y luego en la obra misma, se hace unidad por unidad, «boleándolas» y usando carretillas, lo que genera grandes pérdidas y deterioro de las unidades de albañilería, aparte de ser un trabajo sumamente lento y laborioso. Fig. 2.19. Transporte de unidades en Perú. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 45 B. Unidades de concreto La Fig. 2.20 muestra bloques de concreto artesanales e industriales nacionales. Las diferencias en calidad y el acabado son obvias. La Norma E.070 indica que las unida- des de concreto serán utilizadas después de lograr su estabilidad volumétrica. Para el caso de unidades curadas con agua, la edad mínima para utilizarlas es 28 días, de otro modo, al secar se contraerán y fisurarán los muros. Fig. 2.20. Bloques artesanales e industriales. El concreto (Fig. 2.21) de estas unidades, sean bloques o ladrillos de fabricación artesanal o industrial, es una mezcla de cemento, arena y confitillo (piedra chancada de ¼”). Dependiendo de la dosificación, es posible lograr distintas resistencias a la compresión, lo cual permite obtener unidades poco resistentes para edificios bajos; y unidades más resistentes, para edificios altos. La consistencia de la mezcla debe ser seca (revenimiento del orden de 1 pulgada), para desmoldar inmediatamente las unidades sin que se desmoronen. Fig. 2.21. Revenimiento (slump) de la mezcla. Estas unidades tienen un tono gris verdoso, aunque este puede variarse agregando pigmentos. Su textura usual es gruesa, con poros abiertos. Su peso puede aligerarse usando agregado ligero (piedra pómez o bolillas de tecnopor). En Perú se fabrican bloques de concreto vibrado del tipo caravista (Fig. 2.22). Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 46 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fig. 2.22. Bloques caravista. El mezclado de los materiales se hace a mano (artesanal) o a máquina (industrial, Fig. 2.23) dosificando los ingredientes en peso. Fig. 2.23. Mezclado industrial. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 47 El moldeo artesanal se realiza utilizando moldes metálicos (Fig. 2.24) cuya base deslizante permite compactar la mezcla, o compactando la mezcla mediante pisones en moldes de madera forrados internamente con láminas metálicas o lata (Fig. 2.25). El desmoldado debe hacerse en un tendal sobre arena fina (Fig. 2.26). Las unidades deben curarse echándoles agua a razón de 2 veces al día durante 7 días consecutivos; de otro modo, la resistencia a compresión disminuirá sustancialmente. Mediante el proceso artesanal se produce en promedio unas 200 unidades diarias. Fig. 2.24. Molde metálico artesanal. Fig. 2.25. Molde de madera artesanal. Fig. 2.26. Desmolde en tendal. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 48 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería El moldeo semi-industrial se hace por vibro-compactación, utilizando ponedoras portátiles (Fig. 2.27) que producen unos 2000 bloques diariamente, o en máqui- nas RosaCometa (Fig. 2.28), cuyo rendimiento es de unos 5000 bloques al día. En ambos casos es posible cambiar los moldes para fabricar ladrillos y bloques para muros, o bloques para techo. Fig. 2.27. Ponedora. Fig. 2.28. RosaCometa. El moldeo industrial es por vibro-compactación (Fig. 2.29), utilizando máquinas estacionarias capaces de producir 80000 unidades diarias. El proceso industrial de curado se hace en cámaras de vapor a 50°C (Fig. 2.30), en cámaras autoclave (150°C, a presión de 6 a 10 atmósferas), o con riego por asper- sión (Fig. 2.29). En la fabricación industrial se usa equipo mecanizado en el transporte, se pasa luego al empaquetado con bolsas de plástico (polietileno), con lo que se protege a los bloques de la humedad (Fig. 2.31). Las unidades de concreto presentan alta variación volumétrica, por lo que es necesario protegerlas de la humedad. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 49 Fig. 2.29. Moldeo industrial. Fig. 2.30. Curado a vapor. Fig. 2.31. Transporte mecanizado y paquetes. En cuanto a los bloques resultantes, hay que tener cuidado de que las caras de asentado queden rugosas y no lisas, para que puedan desarrollar buena adherencia con el mortero. Las caras lisas se producen cuando se tiene una mezcla con exceso de agua (slump mayor que 1”), provocando que la lechada de cemento emerja cubriendo la superficie (Fig. 2.32). Fig. 2.32. Exceso de agua en la mezcla. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 50 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería En Perú se cuenta con bloques industriales especiales (Fig. 2.33): 1) con ranuras en sus tapas que forman pestañas que se eliminan golpeándolas con un martillo para permitir el alojamiento del refuerzo horizontal; y 2) en forma de «U» que van en la base de los dinteles de albañilería armada, o para emplearlos como medio bloque en los extremos del muro. Comercialmente, estos bloques se denominan «Serie 15» cuando tienen 14cm de espesor y «Serie 20» cuando su espesor es 19cm. Fig. 2.33. Bloques U y ranurados. C. Unidades sílico-calcáreas En Perú existe solo una fábrica que produce unidades sílico-calcáreas en varias moda- lidades, como: bloques, ladrillos (huecos y macizos, Fig. 2.34) y unidades apilables para la albañilería de junta seca. Fig. 2.34. Ladrillos sílico-calcáreos. La materia prima consiste de un 10% de cal hidratada normalizada y un 90% de arena (con un 75% de sílice), lo que da lugar a unidades de color blanco grisáceo, aunque puede añadirse pigmentos que le cambien el color. El proceso de fabricación aparece en la Fig. 2.35. Una vez mezclados con agua los materiales, se deja reposar la mezcla en unos silos («reactores») durante unas 3 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 51 horas, con la finalidad de hidratar a la cal. Para el moldeo de las unidades, se utilizan prensas hidráulicas que aplican unas 500 toneladas de carga. Luego, las unidades se endurecen curándolas a vapor en cámaras «autoclave» con elevada presión (entre 8 a 17 atmósferas). Durante este proceso, la cal reacciona químicamente con el silicio, formando un agente cemen tante (silicato cálcico hidratado) que une las partículas de arena, formando unidades de alta resistencia a la compresión. Fig. 2.35. Proceso de fabricación de las unidades sílico-calcáreas. La ventaja de estas unidades sobre las de arcilla es que sus dimensiones entre el estado crudo y terminado prácticamente no varían. Así mismo, por el proceso meca- nizado de su fabricación, tienen muy poca variación en su resistencia a compresión. La principal desventaja de estas unidades es que su textura es lisa, con poros muy cerrados, lo que reduce la adherencia mortero-unidad. Por esta razón, se han produ- cido unidades sílico-calcáreas mejoradas con estrías y perforacio nes en su superficie de asentado (Fig. 2.36). Fig. 2.36. Variedad de ladrillos sílico-calcáreos. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 52 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería De otro lado, la fábrica produce unidades sílico-calcáreas de espesor delgado (Fig. 2.37) para ser usadas en tabiques y parapetos en una edificación, como la Placa P-7 (espesor 7 cm) y la Placa P-10 (espesor 10 cm). También se produce la deno- minada Placa P-14 (14cm de espesor) para la construcción de muros portantes en edificios de albañilería de junta seca. La descripción del proceso constructivo, el refuerzo requerido, entre otros aspectos, se detallan más adelante. Fig. 2.37. Placa P-10 y P-14. D. Unidades de sillar El sillar es una roca volcánica, tallada en forma de bloques (Fig. 2.38) de 20 x 30 x 55cm. Fue de gran uso en Arequipa para edificar viviendas y monumentos históri- cos. Actualmente, se encuentra en desuso por el alto costo que significa su tallado y transporte desde las canteras; más bien es empleado decorativamente en forma de lajas para pisos y enchapes de muros. Fig. 2.38. Bloques de sillar. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 53 Debe mencionarse que la resistencia a compresión y a corte de la albañilería de sillar es semejante a la de los ladrillos artesanales de arcilla. 2.1.3 Clasificación por sus huecos (alvéolos) En la Norma Peruana de Albañilería E.070 y también en las normas de otros países, las unidades se clasifican por el porcentaje de huecos (alvéolos o perforacio nes) que tienen en su superficie de asentado y por la disposición que estos tengan. A. Unidades sólidas y unidades huecas Las unidades sólidas (Fig. 2.39) son las que no tienen huecos o, en todo caso, pre- sentan ranuras o per foraciones perpendicu la res a la superficie de asiento, que ocupan un área no mayor al 30% del área bruta (Norma E.070, SENCICO 2006). Cuando se excede este porcentaje, la unidad se clasifica como hueca. La Norma de Albañilería anterior (ININVI 1982) exigía que las perforaciones no cubran un área mayor que 25%, para que las unidades se clasifiquen como sólidas, similar a lo que establecen la mayoría de normas internacionales. Fig. 2.39. Ladrillo hueco y sólido. En la Norma de Albañilería E.070 (SENCICO 2006) se estableció el porcentaje indicado, luego de muchos ensayos de carga lateral cíclica hechos en muros confina- dos, donde pudo notarse (Fig. 2.40) la trituración de los ladrillos huecos para derivas menores que el límite máximo (0.005) establecido por la Norma Sísmica E.030 para las edificaciones de albañilería confinada. Por ello, en la Norma E.070 se especifica que las unidades sólidas o macizas son las que se deben emplear para la construcción de muros portantes confinados. Usualmente, los ladrillos artesanales (Fig. 2.41) care- cen de huecos, mientras que los industriales presentan entre 18 y 24 perforaciones pequeñas, o ranuras en el caso de los ladrillos de concreto (Fig. 2.2). Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 54 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fig. 2.40. Muros ensayados a carga lateral cíclica. Fig. 2.41. Ladrillos artesanales de arcilla. B. Unidades alveolares De acuerdo a la Norma E.070 (SENCICO 2006), las unidades alveolares son aque- llas que presentan grandes huecos perpendiculares a las superficies de asiento. En esta categoría se clasifican los bloques de arcilla, sílice-cal y de concreto (Fig. 2.3) emplea- dos en las edificaciones de albañilería armada rellena con grout. Estos bloques no deben emplearse en las construcciones de albañilería confinada porque se trituran ante los sismos (Fig. 2.42). Fig. 2.42. Muros confinados hechos con bloques de concreto. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 55 C. Unidades tubulares Las unidades tubulares son las que tienen perforaciones dispuestas en paralelo a la superfi cie de asiento; en este tipo se clasifican los ladrillos pandereta, que se uti- lizan en los muros no portantes; su uso en muros portantes es un error frecuente (Fig. 2.43). No se deben emplear en muros portantes porque se trituran ante los sismos, además que la lechada de cemento del concreto de las columnas se introduce por las perforaciones del ladrillo debilitando al concreto. Fig. 2.43. Ladrillo pandereta. 2.1.4 Propieda des físicas y mecánicas. Ensayos de laboratorio Conocer las propiedades de las unidades es necesario, básicamente para tener una idea sobre la resistencia de la albañilería, así como de su durabilidad ante la intemperie. Sin embargo, no se puede afirmar que la mejor unidad proporcione necesariamente la mejor albañilería. Las propiedades de la unidad asociadas con la resistencia de la albañilería son: - Resistencia a la compresión y tracción - Variabilidad dimensional y alabeo - Succión Las propiedades de la unidad relacionadas con la durabilidad de la albañilería son: - Resistencia a la compresión y densidad - Eflorescencia, absorción y coeficiente de saturación Las Normas Técnicas Peruanas (INDECOPI) que se deben emplear para deter- minar estas propiedades son: - Unidades de arcilla NTP 399.613 (2005) - Bloques de concreto NTP 399.602, NTP 399.604 (2002) - Unidades sílico-calcáreas ITINTEC 331.032, 331.033 y 331.034 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 56 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería La Norma E.070 indica que por cada lote compuesto por hasta 50 millares de unidades se seleccione al azar una muestra de 10 unidades, sobre las que se efectuarán las pruebas de variación de dimensiones y de alabeo. Luego, cinco de estas unidades se ensayarán a compresión y las otras cinco a absorción. La norma E.070 define en su Tabla 1 las características requeridas para el diseño estructural, las que dependen de: 1) la variación de dimensiones; 2) el alabeo; y 3) la resistencia a compresión de la unidad. TABLA 1 de la NORMA E.070-2006 CLASE DE UNIDAD DE ALBAÑILERÍA PARA FINES ESTRUCTURALES CLASE VARIACIÓN DE LA DIMENSIÓN (máxima en porcentaje) ALABEO (máximo en mm) RESISTENCIA CARACTERÍSTICA A COMPRESIÓN ƒb́ mínimo en MPa (kg/cm2 ) sobre área bruta Hasta 100 mm Hasta 150 mm Más de 150 mm Ladrillo I ± 8 ± 6 ± 4 10 4,9 (50) Ladrillo II ± 7 ± 6 ± 4 8 6,9 (70) Ladrillo III ± 5 ± 4 ± 3 6 9,3 (95) Ladrillo IV ± 4 ± 3 ± 2 4 12,7 (130) Ladrillo V ± 3 ± 2 ± 1 2 17,6 (180) Bloque P(1) ± 4 ± 3 ± 2 4 4,9 (50) Bloque NP(2) ± 7 ± 6 ± 4 8 2,0 (20) (1) Bloque usado en la construcción de muros portantes (2) Bloque usado en la construcción de muros no portantes A continuación se indicará, sin mayor detalle, la manera cómo se hacen estos ensayos. Lo importante es saber cómo repercuten los resultados sobre el comporta- miento de la albañilería. Al respecto, INDECOPI (Norma NTP), entidad encargada de velar por la calidad de los productos, clasifica a las unidades desde el punto de vista cualitativo, usando solo la resistencia a compresión, sin contemplar el producto final que es la albañilería. Cabe además indicar que para clasificar a una unidad de acuerdo a la Tabla 1 se utiliza el criterio más desfavorable; por ejemplo, es posible que de acuerdo a los ensa- yos de compresión un ladrillo clasifique como clase V, pero si este ladrillo presentase alta variabilidad dimensional que lo lleve a la clase IV y grandes alabeos que lo con- duzcan a la clase III, entonces ese ladrillo se clasificará como clase III. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 57 A. Pruebas clasificatorias A.1 Variación de la dimensión o variación dimensional La prueba de variación dimensional es necesario efectuarla para determinar el espesor de las juntas de la albañilería. Debe hacerse notar que por cada incremento de 3mm en el espesor de las juntas horizontales (adicionales al mínimo requerido de 10mm), la resistencia a compresión de la albañilería disminuye en un 15%; asimismo, dismi- nuye la resistencia al corte. Se seguirá el procedimiento indicado en las Normas INDECOPI 399.613 y 399.604. En la unidad se miden (Fig. 2.44) las tres dimensiones: largo x ancho x altura (L x b x h), en milímetros. El largo y el ancho se refieren a la superficie de asiento. Es importante mencionar que las dimensiones nominales (comerciales) usualmente incluyen 10mm de junta. Fig. 2.44. Prueba de variación dimensional. La manera cómo se calcula la variación dimensional (V) es: - La dimensión de cada arista del espécimen (D = L, b, h) se toma como el pro- medio de 4 medidas (en mm) en la parte media de cada cara. - Luego, por cada arista, se calcula el valor promedio (Dp) de toda la muestra; este valor se resta de la dimensión especificada por el fabricante (De) y luego se divide entre «De»: V (%) = 100 (De - Dp) / De h1 h2 h3 h4 altura de una unidad = h = (h1 + h2 + h3 +h4)/4 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 58 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería A.2 Alabeo El mayor alabeo (concavidad o convexidad) del ladrillo conduce a un mayor espesor de la junta. Asimismo, puede disminuir el área de contacto con el mortero al for- marse vacíos en las zonas más alabeadas; o incluso, puede producir fallas de tracción por flexión en la unidad por el peso existente en las hiladas superiores de la alba- ñilería. Esta prueba se realiza colocando la superficie de asiento de la unidad sobre una mesa plana (Fig. 2.45), para luego introducir una cuña metálica graduada al milímetro en la zona más alabeada; también debe colocarse una regla que conecte los extremos diagonalmente opuestos de la unidad, para después introducir la cuña en el punto de mayor deflexión. El resultado promedio se expresa en milímetros. Fig. 2.45. Prueba de alabeo. A.3 Resistencia a la compresión (f ’b) En el cálculo de la resistencia a compresión antiguamente (Norma E.070 de 1982) se trabajaba con el área neta de la unidad. Ello daba cabida a que las fábricas produzcan ladrillos huecos (Fig. 2.39), lo cual elevaba la resistencia a compresión. Actualmente, la resistencia se calcula con el área bruta, con lo cual esas unidades huecas se clasifi- can en un rango inferior. Debe remarcarse que las unidades huecas son muy frágiles (Fig. 2.40). Los especímenes para medir la resistencia a compresión son medias unidades secas, sobre cuyas superficies de asiento se coloca capping de yeso (si la unidad tiene mucho alabeo, debe colocarse un capping de cemento). Luego, se aplica la carga axial a una velocidad de desplazamiento entre los cabezales de la máquina de en sayos (Fig. 2.46) de 1.25 mm/min; o, en todo caso, se controla la velocidad de carga de manera que se llegue a la rotura en 3 ó 5 minutos. La resistencia unitaria se expresa como el valor de la carga de rotura dividida entre el área bruta para todo tipo de uni- dad (sólida o hueca). De acuerdo a la Norma E.070, la resistencia característica (f ’b) es el resultado promedio menos una desviación estándar. El quitarle una desviación estándar al valor promedio estadísticamente significa que por lo menos el 84% de las Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 59 unidades ensayadas tendrán una resistencia mayor al valor característico (f´b), o que es aceptable tener hasta un 16% de unidades defectuosas. Fig. 2.46. Ensayo de compresión. Debe hacerse notar que la resistencia a compresión (f ’b) expresa solo la calidad de la unidad empleada, ensayada bajo las mismas condiciones. Por ejemplo, a mayor resistencia se obtendrá mayor densidad y una mejor durabilidad de la unidad. Esto se debe a que el valor f ’b depende de la altura de la probeta (a menor altura, mayor resis- tencia), del capping empleado y de la restricción al desplazamiento lateral impuesto por los cabezales de la máquina de ensayos (acción de confinamiento transversal a la carga aplicada). Así, es posible que un bloque de concreto vibrado de alta calidad, con altura de 19cm (Fig. 2.47), presente una resistencia menor a la de un ladrillo King-Kong de 9cm de altura, y que este ladrillo presente una resistencia más baja que la de un ladri- llo caravista de 6cm de altura, a pesar de que su materia prima sea la misma y que se hayan coccionado en simultáneo. Es decir, para fines comparativos debe analizarse unidades que presenten la misma geometría. Fig. 2.47. Diferencias entre bloques y ladrillos. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 60 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería B. Pruebas no clasificatorias Por el hecho de que algunas de las propiedades de la albañilería pueden ser con- troladas en obra (por ejemplo, la alta succión de un ladrillo puede ser controlada mediante un tratamiento de humedecimiento, previo al asentado), o que a veces se esté en la disyuntiva de seleccionar unidades provenientes de fábricas distintas, pero que de acuerdo a la Tabla 1 sean de la misma clase, existen pruebas adicionales a las clasificatorias. B.1 Succión (S), Absorción (A), Absorción máxima (Am), Coeficiente de saturación (CS) y Densidad (D) La densidad (D) está relacionada directamente con la resistencia a compresión, y para su evaluación se usa el Principio de Arquímedes. El coeficiente de saturación (CS) es una medida de la durabilidad de la unidad. La prueba para hallar D y CS permite determinar en simultáneo el área neta (An), la succión (S) y la absorción (A, Am) de la unidad. Para el cálculo de S, A, Am y D, se emplean las unidades enteras provenientes del ensayo de alabeo y de variación dimensional. Se calcula (en el orden mostrado) los siguientes pesos (en gramos) en cada espécimen: Po = peso en estado natural. P1 = peso de la unidad secada en un horno a 110°C. P2 = peso de la unidad, luego de haber sumergido su cara de asiento una altura de 3mm en una película de agua, durante 1 minuto (Fig. 2.48). P3 = peso de la unidad saturada, luego de haber estado 24 horas en una poza de agua (Fig. 2.49). P4 = peso de la unidad completamente saturada, luego de haber estado durante 5 horas en agua en ebullición. P5 = peso de la unidad sumergida totalmente en agua fría. Luego se calculan los siguientes valores, para después promediarlos en toda la muestra: • Humedad natural = Hn (%) = 100 ((Po - P1) / P1) • Absorción = A (%) = 100 ((P3 - P1) / P1) • Absorción máxima = Am (%) = 100 ((P4 - P1) / P1) • Coeficiente de saturación = CS = A / Am • Succión (gr/200 cm²-min) = 200 (P2 - P1) / Área de la cara de asiento • Volumen (cm3) = V = P4 - P5 ... peso específico del agua = 1 gr/cm3 • Área Neta = An = V / h ... h = altura promedio • D (gr/cm3) = P1 / V Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 61 Fig. 2.48. Prueba de succión. Fig. 2.49. Prueba de absorción. Se recomienda que la succión de las unidades antes de asentarlas esté compren- dida entre 10 y 20 gr/(200 cm²-min); de lo contrario succionarán rápidamente el agua del mortero, endureciéndolo. En su estado natural, los ladrillos industriales de arcilla tienen aproximadamente una succión del orden de 40gr/(200 cm²-min); y los artesanales, de 80gr/(200 cm²-min), por lo que requieren un tratamiento previo al asentado (Capítulo 4). Por otro lado, las unidades con coeficientes de saturación (CS) mayores que 0.85 son demasiado absorbentes (muy porosas) y, por tanto, poco durables. En la Norma E.070 se especifica que la absorción de las unidades de arcilla y sílico-calcáreas no deben sobrepasar de 22%, y 12% para los bloques de concreto. En el último caso, el porcentaje es menor, debido a que las unidades de concreto son más vulnerables a la humedad de la intemperie, que le originaría variación volumétrica. B.2 Resistencia a tracción por flexión (f ’t) o módulo de ruptura Al igual que la resistencia a compresión, la resistencia a la tracción por flexión f ’t solo constituye una medida de la calidad de la unidad. Su evaluación debería realizarse cuando se esté en la incertidumbre de utilizar unidades de la misma clase, pero pro- venientes de fábricas distintas, o cuando se tenga un alto alabeo que puede conducir a la unidad a una falla de tracción por flexión durante el asentado. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 62 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería La técnica de ensayo empleada consiste en someter la unidad (Fig. 2.50) a la acción de una carga concentrada (cuchilla al centro) creciente, a una velocidad de desplazamiento entre los cabezales de la máquina de ensayos de 1.25 mm/min; luego se calcula f ’t mediante la aplicación de la fórmula de flexión simple de resistencia de materiales: Fig. 2.50. Ensayo de tracción por flexión de una unidad. B.3 Eflorescencia La eflorescencia (Fig. 2.51) se debe a la presencia de sales (básicamente sulfatos) en la misma unidad o en la arena del mortero, que atacan químicamente a la unidad, afectando su durabilidad, su adherencia con el mortero y destruyendo su superficie. Se produce cuando las sales se derriten al entrar en contacto con el agua y afloran por los poros de la unidad o del mortero hacia la superficie. Fig. 2.51. Eflorescencia en la unidad y en el mortero. Para medirla, se toma una muestra de 10 unidades que se divide en dos grupos. Cada grupo se coloca en una bandeja (espaciando las unidades cada 5cm), la misma que tiene una altura de agua de 25mm. Esta operación se hace en una cámara de hume- dad controlada (30 a 70% de humedad), exenta de corrientes de aire. Transcurridos 7 días, las unidades se secan durante 24 horas en un horno a 110°C, para luego dejarlas enfriar a temperatura ambiental. Finalmente, se aprecia la diferencia de colores entre los vértices y la zona central. Dependiendo de la aparición de manchas blancas, la uni- dad califica como «Eflorecida», «Ligeramente eflorecida» o «Sin eflorescencia». Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 63 C. Uso estructural de la unidad La Tabla 2 de la Norma E.070 establece limitaciones en el uso de las unidades desde el punto de vista estructural. Sin embargo, estas limitaciones pueden dejar de cum- plirse si el ingeniero estructural demuestra lo contrario a lo especificado. Por ejemplo, en la Tabla 2 se especifica que los ladrillos artesanales no pueden emplearse para edi- ficaciones de más de 2 pisos ubicadas en la zona sísmica 3 (Norma Sísmica E.030), porque la experiencia ha demostrado la trituración de estas unidades (Fig. 2.52) ante los terremotos; sin embargo, dependiendo de la densidad de muros que presente la edificación, es posible que su comportamiento ante los sismos severos sea en el rango elástico (sin fisuras), con lo cual se pueden utilizar esas unidades. Lo propio para el resto de unidades. Fig. 2.52. Edificaciones de 3 pisos hechas con ladrillos artesanales de arcilla. Sismo de Pisco, 2007. TABLA 2 de la Norma E.070 LIMITACIONES EN EL USO DE LA UNIDAD DE ALBAÑILERÍA PARA FINES ESTRUCTURALES TIPO ZONA SÍSMICA 2 Y 3 ZONA SÍSMICA 1 Muro portante en edificios de 4 pisos a más Muro portante en edificios de 1 a 3 pisos Muro portante en todo edificio Sólido Artesanal * Sólido Industrial No Sí Sí, hasta dos pisos Sí Sí Sí Alveolar Sí Celdas totalmente rellenas con grout Sí Celdas parcialmente rellenas con grout Sí Celdas parcialmente rellenas con grout Hueca No No Sí Tubular No No Sí, hasta 2 pisos * Las limitaciones indicadas establecen condiciones mínimas que pueden ser exceptuadas con el respaldo de un informe y memoria de cálculo sustentada por un ingeniero civil. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 64 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería 2.2 Mortero La función principal del mortero en la albañilería es adherir las unidades, corrigiendo las irregularidades geométricas de altura que estas tienen, así como sellar las juntas contra la penetración del aire y de la humedad. Cuando el muro de albañilería es portante de carga vertical, el mortero cumple además una función resistente, por lo que es conveniente que las resistencias a compresión de las unidades y del mortero sean parecidas. El mortero generalmente está compuesto por cemento Portland tipo I o puzolá- nico IP, arena gruesa y agua. El uso de cal hidratada normalizada es recomendable, pero optativo. Sin embargo, para unidades que deben asentarse en su estado natural (secas), como las de concreto y de sílice-cal, es conveniente emplear cal (Fig. 2.53), ya que ella actúa como un aditivo que plastifica la mezcla y evita que se endurezca rápidamente. El cemento y la cal funcionan como aglomerantes, mientras que la arena es un agregado inerte. Fig. 2.53. Cal en el mortero. La función del cemento es proporcionar resistencia a la mezcla, la de la cal es proporcionar trabajabilidad y retentividad (retarda la evaporación del agua) y la de la arena es proporcionar estabilidad volumétrica a la mezcla, permitiendo el asentado de varias hiladas en una jornada de trabajo. Debe eliminarse el polvo de la arena (Fig. 2.54), tamizándola por la malla ASTM No 200, ya que este acelera la contrac- ción de secado del mortero. La función del agua es proporcionar trabajabilidad a la mezcla, así como hidratar al cemento. En cuanto a la adherencia unidad-mortero, esta se logra cuando los solubles del cemento (básicamente la etringita) son absorbidos por la unidad, cristalizándose (como agujas) en sus poros. La adherencia se ve favorecida cuando el mortero pene- tra en las perforaciones de la unidad, formando una especie de llave de corte entre las hiladas; al respecto, ensayos realizados en la PUCP sobre muretes en compresión diagonal, indicaron que cuando el mortero se compactó especialmente en cada una de las 18 perforaciones de la unidad (lo que no es posible realizar en obra), la resis- tencia al corte se incrementó en 50%. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 65 Fig. 2.54. Polvo y tamizado de la arena. De otro lado, es necesario extender el mortero sobre toda la superficie (vertical y horizontal) de la unidad por asentar, por lo que debe ser trabajable. Una forma práctica de comprobar la extensión del mortero consiste en pegar dos unidades y separarlas después de un minuto; deberá observarse que el mortero cubre toda la superficie de la unidad superior. 2.2.1 Componentes del mortero A. Cemento Se utiliza básicamente cemento normalizado Portland tipo I y cemento adicionado (puzolánico); excepcionalmente se emplea el cemento Portland tipo II (resistente a los sulfatos). El peso volumétrico del cemento es 1500 kg/m3, y se comercializa en bolsas de 1 pie cúbico (0.0283m3) con 42.5 kg de peso. En el Perú hubo dos intentos para introducir cemento de albañilería (mezcla de cemento Portland, puzolana, escorias, cal hidráulica con piedra caliza, tiza, talco, arcilla, conchas marinas, etc.), sin éxito. Con estos cementos, las mezclas usuales 1:4 tuvieron resistencias a compresión 10 veces menores que las obtenidas con cemento Portland tipo I. B. Cal hidratada normalizada De emplearse cal en el mortero, esta debe ser hidratada y normalizada. La razón por la cual la cal debe ser normalizada obedece a que pueden existir partículas muy finas, que en vez de funcionar como aglomerante lo hacen como residuos inertes. El peso volumétrico de la cal es del orden de 640 kg/m3. La cal viva proviene de la calcinación (quemado a temperaturas del or den de 1000°C) de la piedra caliza: Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 66 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Calcinación = Piedra Caliza + Calor = Cal Viva + Anhidrido Carbónico ↑ = Carbonato de Calcio + Calor = Oxido de Calcio + CO2 ↑ = CaCO3 + Calor = CaO + CO2 ↑ Luego se procede con el apagado (hidratación) de la cal viva, agregando agua para formar la Cal hidratada (Hidróxido de Calcio): Apagado = Cal Viva + Agua = Cal Hidratada + calor ↑ = Óxido de Calcio + H2O = Hidróxido de Calcio + calor ↑ = CaO + H2O = Ca(OH)2 + calor ↑ Cuando se emplea cal en el mortero, esta (a diferencia del cemento) endurece muy lentamente al reaccionar con el anhídrido carbónico del ambiente, en un pro- ceso llamado carbonatación: Carbonatación = Cal Hidratada + CO2 = Piedra Caliza + H2O ↑ = Ca(OH)2 + CO2 = Carbonato de Calcio (CaCO3) + H2O ↑ La carbonatación resulta beneficiosa para el mortero por dos razones: 1) las fisu- ras se sellan a lo largo del tiempo en el mortero endurecido, al formarse cristales de carbonato de calcio, los que proveen alguna resistencia adicional sobre la dada por el cemento y 2) al endurecer lentamente el mortero freso se favorece la retentividad. C. Arena gruesa Es ideal que se use arena gruesa, con granos redondeados y de una granulometría completa (con variedad en el tamaño de las partículas), que permitan llenar los espa- cios vacíos (Fig. 2.55) con el material cementante, formando un mortero denso y resistente a la intemperie. La norma E.070 indica en la Tabla 3 la granulometría requerida, similar a la de la norma ASTM D-75, caracterizada por la variedad en el tamaño de las partículas. GRANULOMETRÍA UNIFORME INADECUADA GRANULOMETRÍA VARIADA ADECUADA Fig. 2.55. Granulometría de la arena. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 67 La Norma E.070 indica que no debe quedar retenido más del 50% de la arena entre 2 mallas ASTM E-11 consecutivas; y que el módulo de fineza (suma de los por- centajes retenidos por las mallas 100, 50, 30, 16, 8 y 4, dividido entre 100) debe estar comprendido entre 1.6 y 2.5. Finalmente, no debe usarse arena de playas marinas, en vista de que las sales que ellas contienen producirían la eflorescencia del mortero (Fig. 2.51) y la corrosión del refuerzo. TABLA 3 de la Norma E.070 GRANULOMETRÍA DE LA ARENA GRUESA MALLA ASTM E-11 % QUE PASA N° 4 (4.75 mm) 100 N° 8 (2.36 mm) 95 a 100 N° 16 (1.18 mm) 70 a 100 N° 30 (0.60 mm) 40 a 75 N° 50 (0.30 mm) 10 a 35 N° 100 (0.15 mm) 2 a 15 N° 200 (0.075 mm) Menos de 2 D. Agua El agua deberá ser potable, libre de materias orgánicas y de sustancias deletéreas (aceite, ácidos, etc.). El uso de agua de mar debe evitarse pues produce eflorescen- cia en el mortero por las sales que contiene y la corrosión del refuerzo en caso este existiese. 2.2.2 Clasificación del mortero En la Tabla 4 de la Norma E-070, se especifica las proporciones volumétricas de la mezcla, clasificándola con las siglas «P» para su empleo en muros portantes y «NP» para los muros no portantes, y se deja como alternativa emplear cal en el mortero. En ensayos sísmicos de muros a escala natural ha podido notarse que el empleo de cal en el mortero plastifica la mezcla, y la vuelve más trabajable y retentiva de agua; sin embargo, no ha podido apreciarse incrementos de la resistencia a compresión o a fuerza cortante de la albañilería. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 68 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería TABLA 4 de la Norma E.070 TIPOS DE MORTERO COMPONENTES USOS TIPO CEMENTO CAL ARENA P1 1 0 a 1/4 3 a 3 ½ Muros Portantes P2 1 0 a 1/2 4 a 5 Muros Portantes NP 1 - Hasta 6 Muros No Portantes A. Clasificación por la preparación del mortero Por la forma como se prepara la mezcla, los morteros se clasifican en artesanales e industriales. A.1 Morteros artesanales Son aquellos que se preparan a mano en obra (Fig. 2.56) sobre una superficie lim- pia, revolviendo la mezcla seca cemento-arena (opcionalmente se adiciona cal) hasta lograr un color uniforme, para después echarle agua a criterio del albañil, hasta obte- ner una mezcla trabajable. Fig. 2.56. Mortero artesanal. A.2 Morteros industriales En el Perú, los morteros industriales vienen en 2 modalidades (Fig. 2.57): embolsa- dos (en seco) y premezclados (incluida el agua). El cuidado del mortero embolsado es el mismo que el dado al cemento embol- sado: debe colocarse en rumas de no más de 10 bolsas sobre una tarima de madera, protegerlos de la lluvia y no debe pasar de 6 meses de edad. En este caso, el albañil le agrega agua de acuerdo a su criterio. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 69 El mortero premezclado recibe el nombre comercial de «mortero de larga vida». De acuerdo a los aditivos líquidos que se agreguen (Fig. 2.57), su duración es de 24, 48 y 72 horas: pasado ese lapso, debe ser descartado. Este mortero se expende en barriles y solo requiere batir la mezcla antes de emplearla. Fig. 2.57. Mortero industrial. 2.2.3 Propiedades y ensayos de laboratorio La consistencia (Temple o Fluidez) se define como la capacidad que tiene la mezcla de poder discurrir (fluir) o de ser trabajable con el badilejo; en tanto que la retentividad se define como la capacidad que tiene la mezcla para mantener su consistencia, o de continuar siendo trabajable después de un tiempo. Para determinar la fluidez en el Laboratorio se realiza un ensayo en mesa de sacudidas (Fig. 2.58), que consiste en un molde tronco-cónico (diámetro en su base D0 = 10 cm) sobre el cual la mezcla se vacía compactándola con un pisón en 2 capas; luego se desmolda, se aplica 25 golpes verticales y se mide el incremento del diámetro inicial (de D0 a D1). Se recomienda que la fluidez (definida mediante la expresión 100 (D1 – D0) / D0) sea del orden de 120%. En realidad, la prueba en mesa de sacudidas no se emplea en obra y solo sirve con fines de investigación, las que terminan dando recomendaciones de carácter práctico, como el uso de la cal en unidades que se asientan en seco, o un slump de unas 6 pulgadas en el cono de Abrams (ver el Capítulo 4). Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 70 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería Fig. 2.58. Prueba de fluidez. La prueba de retentividad se realiza en la mesa de sacudidas, empleándose la misma mezcla ensayada previamente a fluidez, pero extrayendo el agua en una cámara de vacíos durante un minuto (Fig. 2.59). En este caso, se recomienda que la relación entre el diámetro final D2 y el diámetro ob tenido en la prueba de fluidez D1 sea mayor que 0.8. Fig. 2.59. Prueba de retentividad. El ensayo de compresión del mortero (ASTM C-579) consiste en preparar pro- betas cúbicas de 5cm de lado, vaciadas en moldes metálicos (Fig. 2.60), y curadas durante 28 días en agua. El ensayo se realiza a una velocidad de 1.25mm por minuto entre los cabezales de la máquina universal, y solo tiene el fin de controlar la calidad Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 71 del mortero, medida a través de la dispersión de resultados, ya que la adherencia uni- dad-mortero es más importante, aparte que los esfuerzos de compresión producidos por la carga de gravedad en los edificios de mediana altura son pequeños. Fig. 2.60. Ensayo de compresión. Lo expresado en el párrafo anterior se debe a que las probetas no reflejan las condiciones reales que se producen en la junta: 1) la interacción unidad-mortero, o pérdida de agua en la mezcla por succión de la unidad; 2) el espesor de la junta, a menor altura de la probeta se obtiene mayor resistencia; y 3) la restricción al despla- zamiento lateral impuesto por los cabezales de la máquina de ensayo. Respecto a la interacción unidad-mortero, la Norma UBC (Uniform Building Code - California) especifica utilizar como mezcla para las probetas, una capa de 15mm de espesor colo- cada previamente sobre la unidad durante un minuto. Es conveniente que la resistencia a compresión del mortero y la unidad sean semejantes, a fin de evitar su falla por aplastamiento y tratar de dar homogeneidad a la albañilería. Por esta razón, se recomienda utilizar mortero 1:3 ó 1:4 para edificios de 4 a 5 pisos (con unidades de alta resistencia), mientras que para edificios de 1 a 3 pisos puede usarse mortero 1:5. De otro lado, el uso de cal en el mortero dismi- nuye ligeramente la resisten cia a compresión del mortero, aunque en Gallegos y Casabonne (2005) se indica que una reducción del 69% en la resistencia del mortero solo afecta en 10% a la resistencia a compresión de la albañilería. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 72 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería 2.3 Concreto fluido («Grout») El concreto fluido, o «grout», se emplea para rellenar los alvéolos o celdas de las uni- dades que forman un muro de albañilería armada y tiene como función integrar el refuerzo con la albañilería en un solo conjunto estructural, denominado «Albañilería armada». Este material debe ser preparado mecánicamente en una mezcladora y su revenimiento, medido en el cono de Abrams ASTM C-1019 (Fig. 2.61), debe ser alrededor de 10 pulgadas, pudiendo estar comprendido entre 225 y 275mm, con una consistencia similar a la de una sopa espesa de sémola. Fig. 2.61. Grout y prueba de revenimiento. 2.3.1 Clasificación del grout y componentes La dosificación de los materiales que componen el grout se hace en volumen siguiendo las especificaciones indicadas en la Tabla 6 de la Norma E.070. Dependiendo del tamaño de los alvéolos de los bloques, el grout se clasifica en: grout grueso y grout fino. En ambos casos debe emplearse cemento Pórtland tipo I ó II, o cemento adi- cionado (puzolánico IP), cal hidratada normalizada (opcional), arena gruesa, agua potable y, dependiendo si el grout es grueso o fino, «confitillo» comercializado como piedra chancada de ¼» de pulgada. El grout fino se usa para rellenar los pequeños alvéolos (dimensión menor a 60mm), típicos de las unidades de arcilla y sílico-calcáreas (Fig. 2.62). El grout fino carece de confitillo y la proporción volumétrica cemento-arena usual es 1:3. El grout grueso se emplea para rellenar los alvéolos grandes (dimensión mayor a 60mm), típicos de los bloques de concreto vibrado (Fig. 2.63). Este material, a dife- rencia del grout fino, contiene confitillo con la granulometría especificada en la Tabla 5 de la Norma E.070 y su dosificación cemento-arena-confitillo usual es 1: 2½: 1½. De existir muchos finos (polvo, que genera una alta contracción por secado) en el confitillo, este deberá eliminarse, por tamizado o por lavado a través de la malla 200. Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP Componentes de la albañilería 73 Fig. 2.62. Grout fino en celdas pequeñas. Fig. 2.63. Grout grueso en celdas grandes. El cemento Pórtland, el cemento adicionado y la cal hidratada, deben ser mate- riales normalizados de acuerdo a las Normas Técnicas Peruanas correspondientes. El  agregado fino es la arena gruesa natural, con las características indicadas en la Tabla 3 de la Norma E.070, y el agua debe ser potable y libre de sustancias extrañas, ácidos, álcalis y materia orgánica. TABLA 5 de la Norma E.070 GRANULOMETRÍA DEL CONFITILLO MALLA ASTM % QUE PASA ½ pulgada 100 3/8 pulgada 85 a 100 N° 4 (4,75 mm) 10 a 30 N° 8 (2,36 mm) 0 a 10 N° 16 (1,18 mm) 0 a 5 Fon do Edit ori al PUCP Fon do Edit ori al PUCP 74 Diseño y construcción de estructuras sismorresistentes de albañilería TABLA 6 de la Norma E.070 COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA DEL CONCRETO LÍQUIDO o GROUT CONCRETO LÍQUIDO CEMENTO CAL ARENA CONFITILLO FINO 1 0 a 1/10 2 1/4 a 3 veces la suma de los volúmenes de los aglomerantes ---------- GRUESO 1 0 a 1/10 2 1/4 a 3 veces la suma de los aglomerantes 1 a 2 veces la suma de los aglomerantes 2.3.2 Ensayos de laboratorio El concreto líquido y el bloque deben proporcionarle al muro capacidad resistente ante la compresión causada por la carga de gravedad y la carga sísmica, por lo que para verificar esta capacidad se deben hacer pruebas de compresión en probetas. El concreto líquido deberá tener una resistencia mínima a compresión de 140 kg/cm2 a los 28 días de edad, determinada de