1. INTRODUCCIÓN

La albañilería es un material de construcción frágil que ha sido usado por mucho tiempo alrededor del mundo y aún está siendo usado. A lo largo de este período, la albañilería es utilizada como elementos portadores de carga vertical debido al excelente desempeño a compresión. La capacidad de tensión limitada de la albañilería es generalmente superada usando arcos, bóvedas, etc. sobre las eventuales aberturas. Estos arcos y bóvedas convierten la tensión de flexión en compresión debido a su geometría. En comparación, el concreto es también un material frágil con capacidad de tracción limitada y generalmente esta limitación es superada por la incorporación de armaduras o pretensado. El uso semejante de armaduras en la construcción de albañilería no es nuevo, pero poco común en la India. La armadura puede ser colocada en elementos de albañilería de varias maneras. El método más común es colocar barras de acero en las bases de las juntas. Los elementos estructurales construidos de esta forma pueden ser utilizados para resistir las fuerzas de flexión (cargas), sobre la forma de viga. La mayoría de las normas disponibles para albañilería estructural armada se basan en principios y supuestos del proyecto de concreto armado (RC). La suposición principal del proyecto clásico de RC es que, la fuerza de tracción es resistida apenas por la armadura y la conexión entre la armadura y el concreto es casi perfecta.

La literatura en albañilería de bloque revela que, en los países occidentales, los bloques son más rígidos y más fuertes que el mortero utilizado. La resistencia a la compresión de tales bloques ó bloques puede estar alrededor de 15-150 MPa y el módulo de elasticidad entre 3500-35000 MPa. Considerando que, en la India, los bloques tienen resistencia a compresión relativamente menor (3-20 MPa) el módulo de elasticidad (300-15000 MPa). Además de eso, el mortero de concreto comúnmente usada (1: 6) generalmente tiene un módulo de elasticidad de 10 a 15 veces mayor que los bloques y ladrillos (^{Matthana, 1996}) (^{Sarangapani et al., 2005}) (^{Raghunath et al., 1998}) y (^{Gumaste et al, 2004}). ^{Laurenco (1994)} hizo una lista de varios modelos para prever el comportamiento de la albañilería no armada. Laurenco recomendó un modelo de fricción Coloumb con coronamiento de compresión para la junta o interface entre mortero y bloque. Globalmente, la teoría RC clásica es usada para modelar la albañilería estructural armada (^{Narendra Taly, 2010}).

Típicamente, la resistencia en albañilería de bloque armado a flexión es conseguida insertando la armadura en la junta de la canaleta a determinada profundidad. La colocación conjunta en albañilería armada comprende cinco elementos siendo. (i) armadura, (ii) interface de mortero-armadura, (iii) mortero, (iv) interface de mortero-bloque y (v) bloque (unidades). Esto se mostrados en la Figura 1.

Figure 1 Vigueta de albañilería armada típica y detalles de juntas de albañilería estructural armada. 

Investigaciones experimentales realizadas en albañilería de bloque reforzado (Shashank ^{Mehendale et al., 2016}) muestran que la conexión entre la armadura y la albañilería de bloques no es perfecta. Diferentes deformaciones de cizallamiento se observan debido a la variación de las propiedades de cizallamiento de elementos individuales y juntas entre ellos; una pérdida de tensión y una menor resistencia son desarrolladas en la armadura, en comparación con un escenario de anclaje perfecto. Así, el aporte de la armadura en la vigueta de albañilería armada es probablemente menor que la de la viga de RC. Se observa que las conexiones más débiles en albañilería armada son las que están entre bloque, mortero y armadura. En proyectos de albañilería armada, el uso de supuestos clásicos de proyecto de RC pueden llevar al exceso de confianza en la armadura. Un nuevo abordaje para la concepción de vigas de albañilería armada se hace necesaria para bloques y morteros de baja resistencia utilizadas en este estudio.

Considerando la importancia de las juntas, fué realizada la investigación detallada de elementos individuales de la junta de albañilería armada en ambiente de ensayo similar. En base a los resultados del trabajo experimental en elementos individuales el montaje, se hace como una tentativa de desarrollar un pseudo-elemento de interface. El presente trabajo tiene como objetivo utilizar observaciones experimentales de elementos individuales y fusionar el mismo en una pseudo-interfase, capturando adecuadamente la contribución de cada uno de los elementos del montaje. El elemento de pseudo-interfase propuesto puede ser agrupado con albañilería, mejorando así las previsiones sobre la contribución de la armadura. El objetivo del presente trabajo es estudiar y desarrollar un procedimiento de proyecto, que ayudará a alcanzar el mejor uso de material y articulación eficiente.

2. INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL

El comportamiento de la junta de albañilería armada es investigado por el procedimiento experimental presentado en este estudio. El ensayo pull-out es ampliamente utilizado como un medio eficaz para la caracterización del comportamiento de conexión entre armaduras internamente conectadas y la albañilería. El sistema de ensayo desarrollado localmente mostrado en las Figuras 2 (a) y (b) es usado para estudiar el comportamiento del montaje de albañilería armada usando las instalaciones disponibles en el laboratorio VJTI.

Para la preparación de muestras, fueron utilizados bloques vaciados en el local, con mortero de concreto 1:6. La relación agua/concreto utilizada en el mortero fue basada en el ensayo de asentamiento. Barras de acero de 8 mm de diámetro HYSD fueron insertadas en el centro de los 20 mm de espesor de capa de mortero en conjunto. Un contrapeso de 2 bloques fue mantenido sobre cada muestra durante 4 días para asegurar una conexión adecuada entre el mortero y los bloques. Las muestras fueron curadas durante 14 días. La previsión de sobrecarga de las condiciones in situ es simulada en ensayos aplicando presión de confinamiento a las muestras. La presión de sobrecarga generalmente encontrada fue de cerca de 0,5 N/mm² (^{Laurenco 1994}), que fue la usada en la presente investigación experimental. La fuerza pull-out fue aplicada usando el dispositivo controlado por deformación y la respuesta de deformación (desplazamientos) fue registrada.

Figure 2 (a) Muestra mantenida en posición (b) Configuración del ensayo de pull-out. 

La Figura 3 muestra el gráfico de la fuerza de pull-out vs. Desplazamiento de la armadura. Se observa que la fuerza de pull-out varía con el desplazamiento de la barra casi linealmente hasta el valor máximo de fuerza, luego de ello, la fluencia/deslizamiento es observado a medida que aumenta el desplazamiento. Se nota que existe alguna capacidad de adhesión residual debido al efecto de fricción da capa superficial. Se observa a partir de estos experimentos que la capacidad de adhesión residual es una función de la presión de confinamiento. Como las propiedades de la unidad de albañilería no son consistentes, aunque sea un lote único, un número de 20 ensayos fueron planificados para obtener resultados representativos y confiables.

Figure 3 Resultados del Ensayo de pull-out en el montaje. 

La capacidad pull-out de la barra incorporada en el montaje y su rigidez asociada depende de la interacción compleja entre elementos individuales. Bloque, mortero, armadura y la interface entre bloque y mortero y la interface entre armadura y mortero. Ese comportamiento es encontrado para ser diferente de aquel de un elemento de RC. La deformación en la fibra extrema de albañilería de bloque no es totalmente transferida para la armadura debido al deslizamiento por cizallamiento del material frágil. Bloque y mortero.

Para estudiar los diversos parámetros que afectan la capacidad de pull-out y la rigidez; con base en la literatura disponible (^{Laurenco, 1994}), varios conjuntos de ensayos fueron fabricados y fueron realizados experimentos para determinar las propiedades de unidades, morteros armaduras y juntas usadas. Detalles de los ensayos y procedimientos experimentales con brevemente descritos en este estudio. La Tabla 1 muestra las propiedades de los elementos básicos utilizados en el estudio, que representa la junta de albañilería estructural armada.

A. Ensayo de tracción en la armadura

El ensayo de tracción sobre la armadura fue realizado utilizando el procedimiento prescrito en la IS 1786 (2008). La rigidez axial de la armadura es un parámetro contributivo.

B. Ensayo de pull-out de la armadura con el mortero solo.

Fue realizado o ensayo de extracción de la armadura al mortero utilizando el conjunto de ensayos anteriormente descrito. El tamaño de la muestra utilizada fue el mismo que el del montaje (160mm x 200mm x 90mm), con la armadura insertada en el centro. Este ensayo es utilizado para determinar las propiedades de la unión entre el mortero y la armadura. La presión de confinamiento de 0,5 N/mm² es aplicada usando tornillos de tensión. La Figura 4 muestra el gráfico de la fuerza de pull-out en la armadura vs. desplazamiento.

Figure 4 (a) Probeta (b) Resultados del ensayo de pull-out do R/f del mortero. 

C. Ensayo de cizallamiento doble del mortero

A contribución de cizallamiento de mortero é establecida usando o Aparelho de cizallamiento Duplo de Mortero desarrollado localmente. Este aparelho baseia-se no conceito de cizallamiento duplo, frequentemente utilizado na mecánica dos solos. Fué adotada a muestra cilíndrica de mortero com diametro de 50mm e comprimento de 150mm. O aparelho, ilustrado na figura 5, consiste en 2 elementos principais, o elemento inferior (forma C) consiste na parte 1 (chapa esquerda e direita) e a parte 3 está ligada ao bracero fixo da UTM. O elemento superior etiquetado como parte 2 é anexado a bracero móvel de UTM a través da célula de carga.

Figura 5 (a) Esquema de preparación del ensayo de cizallamiento del mortero, (b) fotografía actual (c) Resultados. 

D. Ensayo de cizallamiento da interface bloque-mortero

El ensayo de cizallamiento de interface de bloque-mortero fue realizado con la presión de confinamiento aplicada, usando la disposición ilustrada en la figura 6. Fue utilizado epóxi para asegurar una conexión perfecta entre la muestra y el aparato. La contribución de cizallamiento de la interface bloque-mortero es calculada usando el aparato de ensayo de cizallamiento sugerido por P B Launreco, (1994) y ^{Van der Plujim, (1992} y ¹⁹⁹³⁾.

Figura 6 Ensayo de cizallamiento na interface de mortero de bloque (a) Configuración do ensayo esquemático (b) Fotografía real (c) Resultados 

E. Ensayo de cizallamiento no bloque

La contribución de cizallamiento de bloques es elaborada a partir del concepto de ensayo de cizallamiento directo comúnmente usado en ingeniería geotécnica. La presión de confinamiento desempeña un papel importante en la evaluación de la resistencia al cizallamiento. En todas las experiencias antes mencionadas, fue utilizada una presión de confinamiento de 0,5 N/mm², muestras de bloque de 50 mm x 50 mm de sección transversal fueron cortadas cuidadosamente a partir de unidades de bloque. La configuración de ensayo, el patrón de falla observado y los resultados de los ensayos son mostrados en las figuras 7 (a) , (b) y (c), respectivamente.

Figura 7 (a) Ensayo de cizallamiento de los bloques, (b) Falla de cizallamiento típica observada y (c) Resultados del ensayo de cizallamiento de bloques. 

Las grandes deformaciones observadas no son relevantes para el proceso de proyecto, pues la estructura habría fallado en el momento en que grandes deformaciones ocurrieron. Así, la tentativa del proyectista es mantener las deformaciones controladas y mínimas cuanto sea posible. Dentro de ese rango controlado y limitado de deformaciones, el comportamiento de elementos y juntas individuales puede ser asumido linealmente elástico. Así se puede idealizar como resortes discretos.

Una idealización usando la analogía del resorte fue presentada para simplificar la complejidad debido a la contribución de cinco elementos del montaje. La fuerza de pull-out permanece constante en todos los elementos y la deformación es función de la resistencia ofrecida por la armadura, interface del mortero con la armadura, mortero, interface de mortero-bloque y resistencia al bloque. Cada parámetro contributivo puede ser idealizado como resortes discretos y todo el conjunto puede ser idealizado como sistema de resortes conectados en serie. Así la rigidez efectiva del conjunto es una contribución de la rigidez de la armadura, la rigidez al cizallamiento de la conexión RM, de la rigidez al cizallamiento del mortero, de la rigidez al cizallamiento de la conexión BM y de la rigidez al cizallamiento del bloque. Una representación esquemática de la idealización antes mencionada es representada en la Figura 8.

Figure 8 Analogia de resortes 

3. CONCLUSIONES EXPERIMENTALES E INFERENCIAS

Todos los ensayos fueron realizados utilizando equipos con desplazamiento controlado en el VJTI, laboratorio de Ingeniería Estructural. Se obtuvo un gráfico de Fuerza vs. Desplazamiento para cada ensayo. Los valores de rigidez de cada elemento contribuyente fueron calculados y tabulados en la Tabla 2.

Se observa que existe buena correlación entre la rigidez experimental para la referida articulación y los resultados obtenidos utilizando el modelo analítico utilizando la idealización del resorte. Las fórmulas de resorte para resortes en paralelo y en serie para el conjunto antes ilustrado en la Figura 8 pueden ser representadas como se sigue utilizando la Ecuación (1) y la Ecuación (2);

Donde, k es constante del resorte equivalente para resortes en paralelo

La Ecuación (1) y la Ecuación (2) son válidas dentro de los limites elásticos de cada resorte, es decir

donde,

P^L_R Limitación de la carga elástica en el resorte de la armadura

= Limitación del esfuerzo elástico de la Armadura x C / s área de la armadura

P^L_RM Limitación de la carga elástica en el resorte de la interface RM

= Limitación de la tensión elástica del resorte equivalente a la interface RM x Área C / s de la interface RM

P^L_M Limitación de la carga elástica en el resorte del mortero

= Limitación del esfuerzo de cizallamiento del resorte equivalente al área de Mortero x C / s del mortero en cizallamiento

P^L_BM Limitación de la carga elástica en el resorte de la interface BM

= Limitación de tensión del resorte equivalente a la interface BM x área C / s de la interface BM

P^L_B Limitando la carga elástica en el resorte de bloque

= Limitación del esfuerzo de cizallamiento del resorte equivalente al área Brick x C / s de bloque en el cizallamiento

La violación de cualquiera de estos límites, es la falla de cualquier resorte idealizado y mencionado anteriormente y debe prever el modo de falla correspondiente, por ejemplo, a la falla del resorte de RM que indicará la falla de la interface entre la armadura y el mortero.

Esta correlación utilizando la analogía del resorte puede ser usada para modelar un elemento de interface con una rigidez efectiva equivalente a la junta de albañilería armada.

3.1 Relación con la Elasticidad

La idealización de la analogía de resortes presentada antes constituye el abordaje básico para el desarrollo de una nueva formulación para modelaje de material de interface para la conexión de albañilería estructural armada. La articulación y formulación de flexión resiste a tensión donde la albañilería recibe la compresión. Así, la junta puede ser considerada sujeta a tensión de manera aislada. La rigidez k de una probeta es una medida da resistencia ofrecida por una probeta elástica a deformación y es así la relación de la fuerza aplicada la deformación producida. En mecánica, el módulo elástico (módulo de Young) es una propiedad intrínseca del material que es calculada como la relación de tensión para deformación, es decir

(4)

(5)

A partir de los supuestos antes mencionados y recalculando se tienen los términos, a la ecuación de arriba puede ser

(6)

(7)

Así, el módulo de tensión de elasticidad para el material de la interface puede ser escrito en términos de rigidez de juntas de albañilería estructural armada k usando la Ecuación (4) como sigue,

(8)

Sustituyendo los valores de rigidez experimental del elemento de la interface, el módulo de elasticidad del elemento de interface será, (para la vigueta de albañilería de largo unitario reforzado con área de sección transversal unitaria) E_{eq.pseudomaterial} =883.77MPa .

La comparación de la tensión del bloque para albañilería estructural armada usando el abordaje clásico de proyecto RC (figura 9b) y la formulación propuesta para la interface de modelaje de albañilería estructural armada (figura 9c) es mostrada en la figura 9. El abordaje clásico de proyecto, la armadura cede primero y permite llevar la carga hasta su capacidad de producción. Como en el abordaje, el elemento de interface cede cuando una de las condiciones de frontera de la interface es violada. Esto resulta en una contribución relativamente menor de la armadura en comparación con el proyecto de RC clásico. Así, una vigueta de albañilería reforzada exigirá mayores profundidades y armadura perfilada con mortero de reparación o groutex en la albañilería, de modo de no violar la condición de frontera de interface y esta abordaje es la que lleva a la solución ideal.

Figura 9 Vigueta típica de albañilería armada con relación de tensión b) diagrama de tensión como asumiendo la concepción de RC, c) diagrama de tensión con fuerza de tensión descontada y la tensión del bloque de albañilería. 

4. CONCLUSIÓN

El comportamiento de la albañilería armada es diferente del RC, por tanto, pre supuestos de proyecto clásico de RC no pueden ser usados directamente para las unidades de albañilería consideradas. Esta diferencia sería más para bloques frágiles y morteros débiles. Considerando la complejidad de la junta de albañilería armada, este estudio presentó un abordaje para desarrollar un elemento de interface representando 5 elementos diferentes de una junta de albañilería armada. Este elemento de interface ayudaría en la concepción y modelaje de albañilería armada en la flexión. Sin embargo, los ensayos son realizados en un determinado tipo de bloque (unidad), mortero / mortero y armadura, el procedimiento experimental y abordaje propuesto para el desarrollos de la interface de este estudio es suficientemente robusto y puede ser usado para otros tipos de unidades, morteros y de armadura. El mismo abordaje puede ser útil en condiciones semejantes para simplificar las complejidades de las juntas o interfaces. El elemento de interface desarrollado ayudaría a los ingenieros a llegar a la solución de albañilería estructural armada más adecuada y económica.