drywall universidad de huanuco

7/18/2019 drywall universidad de huanuco

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COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LOS PANELES DRYWALL

Por: Ángel San Bartolomé, R!ar"o Del Ag#la, Ram$% &a''at, Danel Lo(ta#na#

PONTI)ICIA *NI+ERSIDAD CATLICA DEL PER-

R ES*MEN

Con el financiamiento parcial de la empresa All Interior Supply, se realizaron ensayos desimulación sísmica en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad Católica con el

objeto de analizar el comportamiento de la tabiuería dry!all y su interacción con el pórtico de concreto armado ue lo enmarca" Los ensayos se dividieron en tres #rupos$

- Ensayo Cíclico Coplanar al tabiue"

- Ensayo Sísmico Coplanar al tabiue"- Ensayo Sísmico %rto#onal al plano del tabiue"

./ INTROD*CCIN

&ebido al uso masivo ue se le viene dando a la tabiuería dry!all en la construcción de

centros comerciales, 'ospitales y edificios para oficinas, y a ue faltan estudios uemuestren el comportamiento del sistema cuando ocurra un sismo, es ue en la presente

investi#ación se trató de analizar los efectos ue producen las car#as sísmicas paralelas y perpendiculares al plano de la tabiuería dry!all"

(ara el ensayo cíclico coplanar se utilizó un pórtico de concreto armado a escala )$*, elcual fue sometido a car#as cíclicas con desplazamiento lateral controlado" En el ensayo

sísmico coplanar se utilizó un módulo de dos pisos de concreto armado a escala )$*, el cualfue sometido en la mesa vibradora a car#as sísmicas paralelas a la dirección de lostabiues" (ara el ensayo sísmico orto#onal al plano del tabiue se utilizó un pórtico de

concreto armado a escala natural, este ensayo se efectuó en mesa vibradora y se investi#ó principalmente la capacidad de las cone+iones para soportar dic'os sismos"

0/ MONTA1E DEL TABI2*E

(ara el montaje del tabiue dry!all se llevaron a cabo los si#uientes pasos$

0/. MONTA1E DE LA ESTR*CT*RA METÁLICA

Re3lanteo % Tra$o" Esto permite determinar el nmero de placas de yeso a usar, así como

los diferentes tipos de cortes a realizar en las placas, parantes y rieles" Se utilizan para estalabor, 'erramientas tradicionales de construcción tales como$ nivel de mano, 'ilo

marcador, escuadra, l-piz, escalera, etc"

In(tala!4n "e Rele( % Parante( 5)oto .6/ Los rieles .perfiles met-licos 'orizontales/ se

instalan en las bases de vi#as y en las losas, fij-ndolas con clavos de 01 de lon#itud,

lanzados con una pistola de fulminantes2 los espaciamientos entre clavos se normalizaron a34 cm, la razón fue estandarizar los elementos de fijación con el fin de obtener conclusiones futuras" Los parantes .perfiles met-licos verticales/ se ensamblan con los



*

rieles cada )51 y se fijan entre sí con tornillos de 67)51 de lon#itud" Los parantes ue van

en las columnas se conectan a ellas por medio de clavos de 01, espaciados cada 84 cm" Las'erramientas ue se usan son$ niveles, atornilladora y escuadra"

)oto ./ 9ontaje de :ieles y (arantes

0/0 MONTA1E DE PLACAS

Corte "e la Pla!a/ El corte se 'ace apoyando la placa sobre una superficie plana, y con la

ayuda de una cuc'illa se corta el papel" Lue#o se presiona li#eramente la placa, produciendo la fractura de la misma .;oto */" Las aristas cortadas se suavizan con una lija"

Em3la!a"o/ Es importante ue la placa se encuentre a unos )4 a )< mm por encima delsuelo, para evitar problemas de 'umedad" Las placas se fijan a la estructura met-lica con

tornillos de )1, ) =1 o ) <781 > )51 en el sentido 'orizontal y 34 cm en el vertical" Eltornillo debe uedar re'undido, sin torcerse ni romper el papel2 de ocurrir problemas, seretira el tornillo y se coloca otro a pocos centímetros, nunca en el mismo orificio" Las

'erramientas usadas son un atornillador y una !inc'a"

0/7 TERMINACIONES

Sella"o "e 1#nta( % Ma(lla"o/ Con una capa fina de masilla se cubren las juntas y lascabezas de los tornillos" Se aplica la masilla en las juntas, para lue#o pe#ar una cinta de

papel .;oto 3/, dejando secar 'asta el día si#uiente" Lue#o, con una esp-tula de 34 cm, se

coloca otra capa de masilla" Las 'erramientas utilizadas son las si#uientes$ masilla, portamasillas y esp-tulas"

)oto 0/ Cortado de la (laca de ?eso"



3

7/ ENSAYO CÍCLICO COPLANAR

7/. DESCRIPCIN DE LOS ENSAYOS

Se realizaron dos ensayos cíclicos$ pórtico sin dry!all .;oto @/ y con dry!all .;oto </" Seutilizó un pórtico de concreto armado de dos pisos a escala )$* con uniones articuladas en

la zona columnacimentación" En el primer ensayo no se instaló la tabiuería, mientras ueen el se#undo sí, pero sólo en el primer piso" El ensayo consistió en aplicar desplazamientos en forma cíclica mediante un actuador din-mico colocado a la altura de la

vi#a del primer nivel" Los desplazamientos se midieron mediante LB& .;i#" )/"

)oto 8/ Ensayo Est-tico sin &ry!all" )oto 9/ Ensayo Est-tico con &ry!all"

En el ensayo sin dry!all se realizó la fase 4 compuesta por desplazamientos lateralesm-+imos de * mm, mientras ue en el ensayo con dry!all se realizaron cuatro fases .), *,

3 y @/ con desplazamientos de *, )4, )< y *4 mm, respectivamente"

)g/ .: &istribución de los LB& .con &ry!all/

7/0 R ES*LTADOS

En la abla ) aparecen los valores m-+imos de las car#as y desplazamientos re#istrados encada fase, mientras ue la ri#idez lateral aparece en la abla *"

0

LVDT 0

LVDT 4

LVDT 3

LVDT 1

LVDT 2

)oto 7/ erminaciones"



@

Tala ./ Car#as y &esplazamientos 9-+imos en cada ;ase

Desplazamiento Máximo de cada LVDT (mm)Fase

D0 D1 D2 D3 D4Fuerza (ton)

0 2010 -- -- -- -- 1!301 20"! 00#$ 030" 0401 1%!1 30"%

2 1013" 0203 424$ 0#$# %322 #$24

3 1%21$ 022" $2"3 11#$ "$#4 11!3#

4 201## 0243 #4## 133! 1011! 1341$

Nota: La fase 4 corresponde al pórtico sin dry!all

Tala 0/ :i#ideces Laterales .ton7mm/

&'rtico sin drall

(*ase 0)

&'rtico con drall

(*ase 1)

Ta+i,ue drall

-i.idez 0!$ 14# 0%2

Comparando la ri#idez del tabiue dry!all con la del pórtico .abla */, se observa ue la

ri#idez del pórtico aumenta en <@D" Este aumento es si#nificativo, pero principalmente sedebe a ue el pórtico presenta poca ri#idez debido a ue$ )/ estaba articulado en su base2 */

fue construido a escala )$*2 y, 3/ 'abía sido ensayado previamente .pórtico fisurado/" (or otro lado, para desplazamientos mayores, el tabiue falla en las esuinas y deja deinteractuar con el pórtico, con lo cual, puede afirmarse ue para sismos severos se puede

despreciar la acción del tabiue" En el caso de sismos moderados, donde losdesplazamientos son menores, puede esperarse un aumento en la ri#idez del sistema,

aunue no en la ma#nitud tan #rande como ocasionaría un tabiue de albailería"

Prn!3ale( )alla(/ La forma como fallan las placas es por trituración localizada en las

esuinas superiores del tabiue .;oto 5/ debido a su acción como puntal dia#onal actuantecontra el pórtico" %tra zona donde se produce la trituración de la placa, aunue en menor

#rado, es en las uniones entre las placas y los parantes, cre-ndose un 'uel#o entre eltornillo de cone+ión y la placa" odo el proceso de trituración se inicia en la fase * .)4mm/ y se vuelve crítico en la fase 3 .)< mm/" Una vez ue se produce la trituración en las

esuinas de las placas, se pierde la interacción pórticoFtabiue"

)oto ;/ &etalles de la falla por trituración en las placas en las esuinas del tabiue"



<

En la zona de cone+ión rielFpórtico se produce una falla por cizalla del perno .;oto 6/ y del

riel .;oto 8/, debido al desplazamiento relativo ue e+istió entre el tabiue y el pórtico .ver la diferencia de desplazamientos &4 y &@ en la abla )/"

)oto </ ;alla del perno por cizalla" )oto =/ Cizalla del riel"

8/ ENSAYO SÍSMICO COPLANAR .

Esta parte de la investi#ación comprende el desarrollo de dos etapas$ ensayo sísmico

coplanar sin dry!all2 y, ensayo sísmico coplanar con dry!all"

En ambas etapas se aplicó el sismo producido el 3) de mayo de )G64, comprimido en el

tiempo por razones de escala .)$*/ del módulo aporticado, variando el desplazamiento.&m/ y la aceleración .Am/ de la mesa vibradora, para de este modo tratar de representar

sismos moderados y severos" Cabe mencionar ue la aceleración aplicada .Am/ euivale ala mitad de la aceleración de un sismo real, por razones de escala del módulo aporticado"

Prmera Eta3a/ )a(e > (n Dr%?all$ &m H *4 mm y Am H 4"@ # .sismo moderado/"

Al culminar esta etapa, se procedió a instalar los paneles dry!all en los ejes paralelos almovimiento del simulador en el primer y se#undo piso .;oto G/ para lue#o dar paso a lase#unda etapa en la cual se transmitió a la mesa vibradora las si#uientes seales$

)a(e . !on Dr%?all$ &m H *4 mm, Am H 4"@ #" Euivale a un sismo moderado"

)a(e 0 !on Dr%?all$ &m H @4 mm, Am H 4"6< #" Euivale a un sismo severo"

)a(e 7 !on Dr%?all$ &m H << mm, Am H )"44 #" Euivale a un sismo muy severo")a(e 8$ &m H << mm, Am H )"44 #" Las placas de yeso e+teriores fueron removidas"

)oto @/ Bista del 9ódulo

con &ry!all"



5

En la abla 3 se muestra las fuerzas cortantes ./ y los desplazamientos laterales m-+imos

.&/ alcanzados en las diferentes fases en los dos pisos, mientras ue en la ;i#"3 secomparan el comportamiento ante el sismo moderado del módulo con dry!all .fase )/ y

sin dry!all .fase 4/"

Tala 7/ ;uerzas Cortantes y &esplazamientos 9-+imos para las &iferentes ;ases

;ase &) .mm/ &* .mm/ ) .ton/ * .ton/

4 sin dry!all )4"G* *4"G< 6"8< @"55

) con dry!all 5"3) G"5@ 8")* @"43

* con dry!all *4")3 3@"<8 )6"*6 )4"G*

3 con dry!all *G"45 <4"G3 )8"@< ))"*6

Las fallas observadas, en su mayoría, eran por aplastamiento del dry!all en las esuinas.;oto )4/, inici-ndose en la fase ) y volviJndose críticas en la fase *, en la cual, el efecto

de puntal dia#onal ue ofrece el dry!all desaparece" BJase en la abla 3 ue sí se

multiplican los valores & y de la fase 4 por la relación Am .fase * o 3/ 7 Am .fase 4/, losresultados son parecidos al caso sistema con dry!all, por lo ue se reafirma ue ante los

sismos severos puede despreciarse la interacción dry!allFpórtico" Adem-s, despuJs deretirar las placas del primer piso, pudo notarse el pandeo de los parantes intermedios"

)oto .>/ Aplastamiento de la placa de yeso en

la esuina superior del primer piso"



6

9/ ENSAYO SÍSMICO ORTOONAL AL PLANO DEL TABI2*E

En esta etapa se trató de analizar el comportamiento de la tabiuería dry!all ante car#as

sísmicas perpendiculares a su plano .;oto ))/, d-ndose Jnfasis a la capacidad resistente de

sus cone+iones" (ara tal efecto, se decidió realizar los si#uientes ensayos$ ensayo sísmicodel pórtico sin dry!all2 y,"ensayo sísmico del pórtico con dry!all" (ara ambos casos se

utilizó el sismo del 3) de mayo de )G64 sin escalar su duración, debido a ue esta vez elespJcimen fue construido a escala natural"

9/. ENSAYOS SÍSMICOS

De(!r3!4n "e lo( En(a%o(/ La fase 4 .Am H 4"3#/ corresponde a un sismo moderadoactuante en la dirección orto#onal al pórtico sin dry!all" erminada esta fase, se instaló el

dry!all en el pórtico y el sistema se sometió a cinco fases con aceleraciones m-+imas de lamesa vibradora$ Am H 4"3#, 4"@#, 4"5#, 4"G# y )")*#" Antes de iniciar cada fase, se

realizaron ensayos de vibración libre aplicando una onda compuesta por cuatro pulsosrectan#ulares, el objetivo fue determinar el período de vibrar ./"

)oto ../ (órtico con dry!all"

Com3ortamento" erminado los ensayos, se pudo observar ue para car#as sísmicas perpendiculares al plano, con aceleraciones de 'asta 4"G#, los paneles, parantes, rieles yelemento de fijación de la tabiuería, no sufrieron daos si#nificativos ue alteren la

capacidad resistente del sistema2 lo cual convierte a la tabiuería dry!all en un sistemaresistente a las acciones sísmicas orto#onales"

+alore( Mmo( Reg(tra"o(/ En la abla @ se muestra la car#a sísmica orto#onal .!/actuante sobre el dry!all, adem-s, se observa ue las aceleraciones en el centro de la

tabiuería son cinco a seis veces m-s #randes ue las proporcionadas en la base"

Tala 8/ Aceleraciones, &esplazamientos y Car#as 9-+imas para las &iferentes ;ases

;aseAceleración

m-+ima en la base

Aceleración y &esp" 9-+imo

en el centro del &ry!all

K dry!all

.#7m /*

) 4"34* # )"<5*#, 5"3mm 38"@8<

* 4"@4G # *"*G4#, 8"5mm <3"88*

3 4"54@ # 3"<66#, )*"< mm 66"4@8@ 4"8G8 # <"444#, )6"8 mm )*G"548

< )"))8 # 5"G58#, **"G mm

*43"<8)



8

En la abla @ se observa ue la capacidad resistente del tabiue dry!all, a car#as sísmicas

perpendiculares a su plano, supera al valor especificado por la Morma EF434 .:ef"*/, ue para este caso se indica ue la tabiuería deber- disearse para resistir una fuerza sísmica

asociada a un porcentaje de su peso .el peso fue 36"8 #7m /" Adicionalmente, se observa*

ue en la zona central del tabiue, los desplazamientos relativos son considerables, por loue se podrían daar las instalaciones sanitarias, elJctricas o electromec-nicas en caso

e+istieran en su interior, asimismo, podrían caerse los objetos col#ados del tabiue.

(ara determinar el 9ódulo de Elasticidad NE1 para vibraciones orto#onales al plano deltabiue, se usó la fórmula proporcionada en la :ef"), en la cual se proporciona el períodode vibrar N1 de una losa simplemente apoyada, en función de E, las dimensiones de la

losa, la densidad de masa y el módulo de (oisson" ConociJndose N1 y adoptando unmódulo de (oisson i#ual a 4"34, se calculó en forma indirecta NE H 6@44 ton7m 1"*

9/0 ENSAYO ESTÁTICO

Como en el ensayo din-mico no se lo#ró el colapso del tabiue, fue necesario realizar otrotipo de ensayo, con el objetivo de encontrar la capacidad resistente de la tabiuería" El

ensayo consistió en colocar en posición 'orizontal al pórtico, de modo tal ue sobre Jlactuaban car#as perpendiculares a su plano, proporcionadas por su propio peso y la adición

paulatina de bolsas de arena .;oto )*/"

)oto .0/ Bista del (órtico, lue#ode terminado el ensayo est-tico"

Al final del ensayo se pudo evidenciar una falla fr-#il" El mecanismo de falla fue elsi#uiente$ ambos rieles y un parante conectado a una de las columnas, fallaron en sus

elementos de cone+ión contra el pórtico" El parante de la columna opuesta no se

desprendió, pero fallaron los conectores de las placas de yeso" La combinación de estasfallas produjo el colapso de la tabiuería" Mo se puede decir cual de las dos fallas se

ori#inó primero debido a lo repentino de la falla"

Con la car#a m-+ima re#istrada .)<5"< #7m / instantes antes del colapso del tabiue y*

adoptando un factor de se#uridad de 3, se puede establecer ue para efectos de diseo antecar#as perpendiculares al plano de la tabiuería, cada elemento de fijación perfilFpórtico

tiene una capacidad de car#a admisible de )* #"

9/7/ ENSAYOS DE )LEIN EN T*BERÍAS

La razón de realizar este ensayo fue la necesidad de verificar si los desplazamientos

medidos en la zona central del tabiue dry!all durante el ensayo din-mico .abla @/, eransoportados por las tuberías (BC" &e esta manera, se realizaron dos ensayos de fle+ión



G

.;oto )3/$ el primer espJcimen correspondió a un tubo (BC de @1, utilizado en las

instalaciones de desa#Oe, el se#undo espJcimen fue un tubo (BC de P1, utilizado en lasinstalaciones de a#ua" Ambos especímenes fueron sometidos a los si#uientes

desplazamientos en su centro$ 5"3 mm, 8"54 mm, )*"< mm, )6"84 mm y **"G4 mm"

)oto .7/ Bistas de ensayos de fle+ión enuna tubería (BC de desa#Oe"

Lue#o de los ensayos se puede decir$

- (ara un desplazamiento de 8 mm en el centro del tubo de desa#Oe, se puede producir deformaciones en sus bordes e+tremos ue 'a#an fallar la 'ermeticidad de sus uniones"

- La tubería de a#ua, se comportó bien para cualuier deformación ue la tabiuería pueda transmitirle" (or lo tanto no representan problemas a la 'ora de considerar losdesplazamientos inducidos por el sismo"

;/ CONCL*SIONES Y COMENTARIOS

q Peso y flexibilidad del tabique drywall.

El tabiue dry!all utilizado en este proyecto tuvo un peso i#ual a 38 #7m , < veces menor *

ue un tabiue de albailería 'ec'o con ladrillos pandereta, y adem-s su #ran fle+ibilidad

permitió ue se reacomode a las deformaciones del pórtico" Estas son ventajas sísmicassobre los tabiues tradicionales de albailería, porue a menor peso disminuyen las fuerzassísmicas y a mayor fle+ibilidad disminuye la interacción tabiueFpórtico" Sin embar#o,

debe mencionarse ue si bien al#unas veces los tabiues de albailería 'an perjudicadosísmicamente a la estructura por los problemas ue ori#ina su alta ri#idez$ piso blando,

torsión en planta, columnas cortas, etc" .ver la :ef"3/, otras veces 'an actuado

favorablemente al incrementar la resistencia de los pórticos"

q En sismos severos la rigidez lateral de un pórtico de concreto armado no se vemodificada por la presencia del tabique drywall contenido en el plano del pórtico.

Lo sealado se cumple cuando el pórtico es sometido a sismos severos, ya ue el tabiuedeja de interactuar con el pórtico debido a ue se produce la falla por trituración en las

esuinas de las placas de yeso .zona de unión vi#aFcolumna/, perdiJndose el efecto de puntal dia#onal ue ofrece el tabiue" Sin embar#o, para sismos moderados e+iste un

aumento en la ri#idez del pórtico por efecto del dry!all, ue no lle#a a ser si#nificativo encomparación con el incremento ue proporcionan los tabiues de albailería"

En el caso de los e+perimentos realizados en esta investi#ación, el aporte de ri#idez lateral proporcionada por el tabiue dry!all fue sustancial en comparación con la ri#idez de los



)4

pórticos, pero eso se debió a ue los pórticos fueron construidos a escala P y 'abían sido

ensayados previamente mostrando fisuras, mientras ue el tabiue presentaba seccionestransversales reales en los perfiles y placas de yeso"

q El tabique drywall soporta desplazamientos mayores a los exigidos por la Norma.

El tabiue lue#o de 'aber sido sometido a distorsiones an#ulares ue estuvieron por encima de los límites m-+imos impuestos por la Morma sísmica, :ef"*, falló por trituración

en las esuinas de las planc'as de yeso, pandeo de al#unos parantes, y por cizalla en lazona de cone+ión rielFpórtico" Sin embar#o el tabiue conservó su estabilidad" Inclusive,en el caso de las zonas donde se produjo fallas por cizalla, este anclaje ya no trabaja en la

dirección paralela al plano del pórtico pero sí en la dirección perpendicular"

q Acciones sísmicas ortogonales al plano del drywall.

Este sistema y sus cone+iones son capaces de soportar car#as din-micas perpendiculares al plano, superiores a las correspondientes a un sismo de diseo severo en suelo blando.aceleraciones sísmicas de 'asta 4"G#/" Sin embar#o, ante la acción de sismos moderados,

la tabiuería dry!all desarrolla desplazamientos relativos considerables en su zona central,ue pueden traer problemas en los e+tremos de las instalaciones de desa#Oes, pudiendofallar la 'ermeticidad de sus uniones, así como la caída de objetos ue cuel#an del tabiue,

por lo ue en estos casos se recomienda arriostrar en mejor forma la estructura met-lica"

q ínea !utura de "nvestigación.

A pesar de ue no e+istía sobrecar#a en las vi#as y ue las secciones transversales de los

parantes eran a escala natural, mientras ue la altura del entrepiso era a escala )$*, los parantes intermedios fallaron por pandeo" Sin embar#o, se desconoce para ue nivel de

sismo .leve, moderado o severo/ se produjo esta falla, ya ue durante los e+perimentos los perfiles met-licos estaban ocultos por las planc'as" (or lo ue es necesario realizar ensayosen pórticos a escala natural, dejando al descubierto la estructura met-lica, estos ensayos

permitirían tambiJn determinar para ue nivel de sismos se produce la falla por cizalla enla zona de cone+ión rielFpórtico y conocer cu-nta ri#idez aporta la estructura met-lica"

(ara determinar la ri#idez lateral el-stica ue aporta el tabiue dry!all, es necesarioensayar un espJcimen a escala natural, cuya zona aporticada se encuentre sin fisuras, de

esta manera podría obtenerse para efectos de modelaje estructural, las características de un puntal dia#onal euivalente ue reemplace al tabiue .:ef"3/"

&ebido a las fallas producidas en las cone+iones placaFestructura met-lica y estructuramet-licaFpórtico ante las acciones sísmicas coplanares y perpendiculares al plano del

tabiue, actuando independientemente, es necesario ensayar ambas acciones en simult-neo,actuando sobre un espJcimen a escala natural"

</ RE)ERENCIAS

)/ Bibration (roblems in En#ineerin#" imos'eno, ?oun# and Keaver"

*/ Morma Jcnica de Edificación EF434" &iseo Sismorresistente"3/ An-lisis de Edificios" A" San QartolomJ" ;ondo Editorial (UC(, )GGG"

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