JULIÁN SANTIAGO BOLÍVAR GUTIÉRREZ

VIABILIDAD TÉCNICA DE VIVIENDA CAMPESINA CON MUROS DE GAVIONES EN

LOS LLANOS ORIENTALES

JULIÁN SANTIAGO BOLÍVAR GUTIÉRREZ

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

VILLAVICENCIO

2020

2 VIABILIDAD TÉCNICA DE VIVIENDA CAMPESINA CON MUROS DE

GAVIONES EN LOS LLANOS ORIENTALES

VIABILIDAD TÉCNICA DE VIVIENDA CAMPESINA CON MUROS DE GAVIONES EN

LOS LLANOS ORIENTALES

JULIÁN SANTIAGO BOLÍVAR GUTIÉRREZ

Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniero Civil

Director

M.Sc ALEXANDER SOLARTE BENAVIDES,

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

VILLAVICENCIO

2020



Autoridades académicas

P. JOSE GABRIEL MEZA ANGULO, O.P.

Rector General

P. EDUARDO GONZÁLEZ GIL, O.P

Vicerrector Académico General

P.JOSÉ ANTONIO BALAGUERA CEPEDA, O.P.

Rector Sede Villavicencio

P. RODRIGO GARCÍA JARA O.P.

Vicerrector Académico Sede Villavicencio

Esp. JULIETH ANDREA SIERRA TOBÓN

Secretaria de División Sede Villavicencio

ING. MANUEL EDUARDO HERRERA PABÓN

Decano Facultad de Ingeniería Civil.



Este trabajo, va dedicado principalmente a Dios, por darme la sabiduría y entendimiento

necesario para el alcance de este logro, a mis padres y familiares que fueron inspiración y motor

importante para la realización de este proyecto.

Este agradecimiento va dirigido especialmente a Dios, por guiarme y permitir tomar los

mejores caminos para la realización de este trabajo, a mis padres por su confianza y apoyo

incondicional que desde siempre me han brindado, y también agradezco de forma especial a mi

tutor el ingeniero Alexander Solarte por su compañía, ayuda y conocimiento que me permitieron

el desarrollo de este proyecto.



Contenido

Pág.

Resumen ................................................................................................................................... 12

Summary .................................................................................................................................. 13

Glosario .................................................................................................................................... 14

Introducción ............................................................................................................................. 15

Planteamiento del problema ..................................................................................................... 17

Objetivos .................................................................................................................................. 19

Objetivo general ................................................................................................................... 19

Objetivos específicos ........................................................................................................... 19

Justificación .............................................................................................................................. 20

Marco referencial ..................................................................................................................... 22

Marco conceptual ................................................................................................................. 22

Marco normativo .................................................................................................................. 26

Estado del arte .......................................................................................................................... 28

Metodología y desarrollo del proyecto .................................................................................... 36

Primera etapa: Propuesta arquitectónica .............................................................................. 36

Segunda etapa: Caracterización del material ....................................................................... 41

Esfuerzo a compresión máximo resistente ....................................................................... 41

Esfuerzo a cortante máximo resistente ............................................................................. 44

Propiedades Físicas .......................................................................................................... 45

Tercera etapa: Análisis sísmico y modelación de la estructura ............................................ 45

Descripción de la estructura ............................................................................................. 46

Ubicación ......................................................................................................................... 46

Espectro de diseño ............................................................................................................ 46

Determinación de las irregularidades según A.3 NSR-10 ............................................... 49

Coeficiente de disipación de energía (R) ......................................................................... 50

Modelación de la estructura ............................................................................................. 50

Determinación de las fuerzas sísmicas ............................................................................. 54



Análisis sísmico de la estructura ...................................................................................... 56

Desplazamientos horizontales .......................................................................................... 56

Verificación de derivas .................................................................................................... 56

Distribución simétrica de los muros a partir del título E de la NSR-10 ........................... 57

Comparación de esfuerzos máximos y resistentes en los muros ...................................... 58

Cuarta etapa: Análisis económico ........................................................................................ 64

Quinta etapa: Materiales y proceso constructivo de acuerdo a las especificaciones técnicas

de la norma INVIAS ................................................................................................................. 67

Materiales ......................................................................................................................... 67

Proceso constructivo ........................................................................................................ 68

Resultados e impactos esperados ............................................................................................. 71

Resultados ............................................................................................................................ 71

Impactos ............................................................................................................................... 71

Conclusiones ............................................................................................................................ 72

Referencias ............................................................................................................................... 73

Anexos ...................................................................................................................................... 76



Lista de tablas

Pág.

Tabla 1. Parámetros típicos de las rocas. ...................................................................................... 25

Tabla 2. Datos obtenidos a partir de la curva esfuerzo a compresión-deformación. .................... 43

Tabla 3. Parámetros de diseño. ..................................................................................................... 47

Tabla 4. Valores del espectro de aceleraciones de diseño para un periodo dado. ........................ 48

Tabla 5. Coeficiente de irregularidad en planta. ........................................................................... 49

Tabla 6. Coeficiente de irregularidad en altura. ............................................................................ 49

Tabla 7. Coeficiente de disipación de energía (R). ....................................................................... 50

Tabla 8. Combinaciones de las diferentes solicitaciones. ............................................................. 53

Tabla 9. Casos de carga. ............................................................................................................... 54

Tabla 10. Periodo aproximado. ..................................................................................................... 55

Tabla 11. Cortante Basal. .............................................................................................................. 55

Tabla 12. Fuerza por piso, método de fuerza horizontal equivalente. .......................................... 55

Tabla 13. Masa de la estructura arrojada por ETABS.} ............................................................... 55

Tabla 14. Factores de participación de masa modal. .................................................................... 56

Tabla 15. Desplazamientos obtenidos........................................................................................... 56

Tabla 16. Derivas obtenidas. ......................................................................................................... 56

Tabla 17. Verificación de la condición de longitud mínima de los muros. .................................. 57

Tabla 18. Distribución simétrica de los muros en el eje X según NSR-10 E.3.6.6. ..................... 57

Tabla 19. Distribución simétrica del muro en el eje Y según NSR-10 E.3.6.6. ........................... 58

Tabla 20. Esfuerzos máximos y mínimos a los que están sometidos en la parte superior del

muro. ............................................................................................................................................. 59

Tabla 21. Esfuerzos máximos y mínimos a los que están sometidos en la parte inferior del

muro. ............................................................................................................................................. 59

Tabla 22. Esfuerzos del muro. ...................................................................................................... 61

Tabla 23. comparación de esfuerzo a compresión resistente máximo del muro y esfuerzo a

compresión al que está sometido. ................................................................................................. 61



Tabla 24 Tabla 24. comparación de esfuerzo cortante resistente máximo del muro y esfuerzo

cortante al que está sometido. ....................................................................................................... 61

Tabla 25. Índice de sobre esfuerzo de los momentos resistentes y actuantes del muro gavión.... 64

Tabla 26. APU de muro gavión para un metro cubico. ................................................................ 65

Tabla 27.Presupuesto para la construcción de la vivienda campesina con muros de gavión. ...... 66

Tabla 28. Clases de canastas metálicas de acuerdo a su recubrimiento. ....................................... 67

Tabla 29. Resultados esperados. ................................................................................................... 71

Tabla 30. Impactos esperados ....................................................................................................... 71

Tabla 31. Valores de esfuerzos a los que están sometidos los muros gavión. .............................. 78

Tabla 32. Valores de momentos en ambos sentidos respecto al eje 11 ........................................ 88



Lista de ilustraciones

Pág.

Ilustración 1. Grafica de resistencias pico y residual.. .................................................................. 24

Ilustración 2. Zona de ingreso a la recepción. .............................................................................. 28

Ilustración 3. Zona de ingreso al restaurante. ............................................................................... 29

Ilustración 4. Zona de ingreso a la administración. ...................................................................... 29

Ilustración 5. Zona de ingreso a la cabaña. 2015). ........................................................................ 29

Ilustración 6. Zona de ingreso a la zona de recepciones. .............................................................. 30

Ilustración 7.Estación de bomberos. ............................................................................................. 30

Ilustración 8.Plano arquitectónico del proyecto, vista en planta. ................................................. 31

Ilustración 9. Plano arquitectónico del proyecto, vista frontal. .................................................... 31

Ilustración 10. Plano arquitectónico del proyecto, vista lateral. ................................................... 32

Ilustración 11. Universidad de Pretoria, Sur África. ..................................................................... 32

Ilustración 12. Ensayo de compresión. ......................................................................................... 33

Ilustración 13. Especímenes ensayados. ....................................................................................... 33

Ilustración 14. Comportamiento del modelo al ser sometido por esfuerzo de compresión. ......... 34

Ilustración 15. Resultados obtenidos individualmente de cada espécimen. ................................. 34

Ilustración 16. Modelación numérica en elementos finitos y deformación del gavión sometido a

ensayo de compresión. a) Restringido b) Sin restricción lateral. .................................................. 35

Ilustración 17. Curva esfuerzo - deformación obtenida a partir de la modelación realizada.. ...... 35

Ilustración 18. Condiciones de viviendas actuales de los campesinos ubicados en la región de los

llanos orientales.. .......................................................................................................................... 37


llanos orientales. ........................................................................................................................... 37


llanos orientales.. .......................................................................................................................... 38

Ilustración 21. Plano arquitectónica de la vivienda campesina vista en planta. .......................... 39

Ilustración 22. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista frontal de la vivienda. ...................... 39

Ilustración 23. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista lateral derecha de la vivienda. ......... 40



Ilustración 24. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista lateral izquierda de la vivienda. ...... 40

Ilustración 25. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista posterior de la vivienda. .................. 40

Ilustración 26. Curvas esfuerzo – deformación a partir de ensayo de compresión sobre los

gaviones. ....................................................................................................................................... 42

Ilustración 27. 27 Curvas esfuerzo-deformación con sus respectivas líneas de tendencia y

ecuaciones cuadráticas.. ................................................................................................................ 43

Ilustración 28. Curvas esfuerzo a cortante – módulo a cortante, a partir de ensayo de cargas

laterales sobre los gaviones.. ......................................................................................................... 44

Ilustración 29. Ubicación del municipio de Villavicencio............................................................ 46

Ilustración 30. Espectro de diseño. ............................................................................................... 47

Ilustración 31. Definición del material del muro.. ........................................................................ 51

Ilustración 32. Datos definidos en ETABS de la curva esfuerzo-deformación.. .......................... 51

Ilustración 33. Grafica esfuerzo-deformación obtenida por el software.. ..................................... 51

Ilustración 34. Modelo vivienda en ETABS.. ............................................................................... 52

Ilustración 35. Esfuerzos a compresión que actúan en la estructura.. ........................................... 58

Ilustración 36. Esfuerzos a cortante que actúan en la estructura.. ................................................ 59

Ilustración 37. Dirección de los ejes de esfuerzos locales del muro. 0. ........................................ 60

Ilustración 38. Dirección de los esfuerzos que actúan sobre un elemento en ETABS. ................ 60

Ilustración 39. Verificación de diseño para vigas y columnas. ..................................................... 62

Ilustración 40. Dimensionamiento de la canasta metálica con malla electrosoldada. .................. 68

Ilustración 41. Instalación de las tirantes. ..................................................................................... 69

Ilustración 42. Proceso de construcción del gavión. ..................................................................... 70

Ilustración 43. Determinación del tipo de suelo.. ......................................................................... 76

Ilustración 44. Determinación del tipo de suelo. ......................................................................... 77



Lista de anexos

Pág.

Anexo 1. ........................................................................................................................................ 76

Anexo 2 ......................................................................................................................................... 78

Anexo 3 ......................................................................................................................................... 88



Resumen

El presente estudio está fundamentado en la exploración de un sistema aplicado, orientado a la

viabilidad técnica y económica de una vivienda campesina construida con muros de gavión en la

región de los llanos orientales. El trabajo de grado propuesto mediante este documento se articula

con el proyecto de investigación denominado “VIABILIDAD TÉCNICA PARA LA

IMPLEMENTACIÓN DE MUROS DE GAVIÓN APLICADOS A LA PRODUCCIÓN DE

VIVIENDA CAMPESINA EN LA REGIÓN DE LOS LLANOS ORIENTALES”, el cual es

desarrollado por el grupo de GEOAMENAZAS de la facultad de Ingeniería Civil de la Universidad

Santo Tomas en convenio con la Universidad Antonio Nariño, mediante el apoyo en la parte

técnica, donde se evaluó la viabilidad de la implementación de muros gaviones en viviendas

campesinas en los llanos orientales, mediante la construcción de una propuesta arquitectónica de

una vivienda que cumpla las necesidades básicas y a partir de esta información se construye un

modelo numérico en elementos finitos que represente el comportamiento real de la vivienda. Las

propiedades mecánicas de los muros en gaviones necesarias para la construcción del modelo

numérico, se determinaron a partir de una recopilación de información del estado del arte sobre

investigaciones de caracterización de las propiedades mecánicas de gaviones con materiales

similares que se encuentren en la zona de estudio. Y finalmente se optó por un estudio económico

de los costos de construcción de viviendas campesinas con la implementación de muros en

gaviones en los llanos orientales.

Palabras clave: Vivienda, viabilidad, gavión, esfuerzo, deformación, modelación.



Summary

This study is based on the exploration of an applied system, oriented to the technical and

economic viability of a peasant house built with gabion walls in the eastern plains region. The

degree work proposed by this document is articulated with the research project called

"TECHNICAL FEASIBILITY FOR THE IMPLEMENTATION OF GAVION WALLS

APPLIED TO THE PRODUCTION OF COUNTRY HOUSING IN THE REGION OF THE

LLANOS ORIENTALES", which is developed by the group of GEOAMENAZAS of the Faculty

of Civil Engineering of the Santo Tomas University in agreement with the Antonio Nariño

University, through the support in the technical part, where the feasibility of the implementation

of gabion walls in peasant houses in the eastern plains was evaluated, through the construction of

an architectural proposal of a house that meets the basic needs and from this information a

numerical model in finite elements is built that represents the real behavior of the house. The

mechanical properties of the gabion walls necessary for the construction of the numerical model

were determined from a compilation of state-of-the-art information on characterization

investigations of the mechanical properties of gabions with similar materials found in the study

area. And finally, an economic study of the construction costs of peasant houses with the

implementation of gabion walls in the eastern plains is chosen.

Keywords: Housing, feasibility, gabion, stress, deformation, modeling.

14

VIABILIDAD TÉCNICA DE VIVIENDA CAMPESINA CON MUROS DE


Glosario

Muros estructurales: Es un sistema de elemento estructural utilizado para la construcción de

viviendas o estructuras con la capacidad de resistir sismos, esto, debido a su rigidez y ductilidad

los cuales ayudan a generar una mayor resistencia eficiente a cargas laterales generadas por las

fuerzas sísmicas o eólicas, reduciendo considerablemente los desplazamientos laterales de la

estructura y permitiendo la disipación de energía (Briceño Z, 2013).

Muros no estructurales: Estos muros cumplen la función de dividir los espacios de una

vivienda o estructura los cuales no ayudan ni son eficientes al momento de soportar algún tipo de

carga el cual podría generar fácilmente un agrietamiento o colapso de la misma, y por ello es

necesario anclarlos a una estructura (UNIVERSIDAD SANTO TOMAS, s.f.).

Muros ecológicos: Son un sistema de contención basado en muros de tierra solida reforzados

con geomallas. Estas estructuras están compuestas por capas de material de relleno compactado

envuelto por estos materiales geo sintéticos (OBRAVIA VAZQUEZ, s.f.).

Esfuerzo: Al implementar el diseño de una estructura es necesario que esta cumpla con resistir

esfuerzos a los cuales son normalmente sometidos como:

• Tracción: Este esfuerzo hace que las partículas se separen entre sí generando deformación

del material.

• Compresión: Este tipo de esfuerzo hace que las partículas se aproximen tendiendo a

producir acortamientos o aplastamientos.

• Cillazamiento o cortadura: Esto se producen al aplicar fuerzas perpendiculares al objeto,

tienden a desplazarse las unas sobre las otras.

• Flexión: Es la relación entre tracción y compresión, donde las fibras superiores del objeto

sometida a una fuerza de flexión se alargan, las inferiores se acortan o viceversa

• Torsión: Este esfuerzo genera que el material tienda a retorcerse sobre su propio eje

(CICA(Centro informatico cientifico de andalucia)).

Deformación: Es la reacción del material al ser sometida por una fuerza externa al tratar de

adaptarse a ella (ramirez, 2013). Se puede definir como la relación existente entre la deformación

total y la longitud original del elemento sometida a un esfuerzo (FISICA 2, s.f.).



Introducción

Los gaviones, son grandes contenedores de piedras confinadas por medio de una malla de

alambre galvanizado, estos, se han venido implementando desde su aparición en el año 700 A.C.

en Egipto (GEOSTINSER AMB, s.f.) hasta el día de hoy como muros de contención para evitar

deslizamientos, bien sean naturales o intervenciones artificiales.

En los últimos años se han venido reconociendo a los gaviones como elementos con cualidades

estéticas y arquitectónicas propias, haciendo de ellas obras llamativas por sus novedosos diseños.

Algunas aplicaciones de estos son: “Diseño de escaleras en gaviones”, “Muros decorativos con

plantas incorporadas”, “Estructura de horno hecha con gaviones”, “Cama de gaviones para

cultivar plantas” (DIY, 2019) y demás, son algunos ejemplos de obras realizadas en estos

materiales, el cual nos indica, que el gavión ha ganado espacio en usos diversos, no solo como

muros de contención cumpliendo su función primordial, si no también, como muros urbanos,

mobiliarios y maceteros.

Actualmente existen investigaciones realizadas a la estructura de gavión, la cual, ha sido

sometida a diferentes ensayos de laboratorio con la finalidad de estudiar estos materiales y obtener

sus propiedades mecánicas, los resultados obtenidos de las investigaciones realizadas, están

dirigidos al estudio de la resistencia, eficiencia y funcionamiento de tales estructuras. Pero, cabe

destacar que estas investigaciones han sido realizadas para el uso de gaviones como material de

relleno, de drenaje y de contención, mas no para uso de construcción de muros de vivienda (Prof.

Dr. de almeida Barros).

La utilización de gaviones (un sistema de muros en piedras contenidas en malla de alambrón)

a manera de cerramiento o envolvente de la vivienda que, a la vez, actúa como elemento

estructural, lo que le confiere a la edificación unas condiciones estéticas y arquitectónicas propias

y únicas; lo que, sumado a temas de comportamiento mecánico, bioclimático y de ahorro

energético, se convierte en una alternativa viable para la construcción de viviendas para

poblaciones vulnerables y de bajos recursos. Este sistema puede brindar una alternativa novedosa

y particular para el desarrollo del hábitat rural en los Llanos Orientales de Colombia, donde según

el estudio realizado por el ingeniero German Chicangana Montón denominado “LA AMENZA

SISMICA DE VILLAVICENCIO Y EL PIEDEMONTE LLANERO DEL CENTRO DE

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COLOMBIA”, asegura que el tipo de roca que se encuentra en la zona de estudio son sedimentarias

y metamórficas (Chicangana, 2010).

Este trabajo, hace parte del Proyecto de investigación “VIABILIDAD TÉCNICA PARA LA

IMPLEMENTACIÓN DE MUROS DE GAVIÓN APLICADOS A LA PRODUCCIÓN DE

VIVIENDA CAMPESINA EN LA REGIÓN DE LOS LLANOS ORIENTALES”, el cual es

desarrollado por el grupo de GEOAMENAZAS de la facultad de Ingeniería Civil de la

Universidad Santo Tomas en convenio con la Universidad Antonio Nariño. En este proyecto se

propone el estudio de un sistema constructivo que permita determinar la viabilidad técnica para la

implementación de muros de gavión en viviendas, facilitar la obtención de viviendas de bajo costo

y además la reducción de la contaminación ambiental, este último, ya que, esto permitiría una

reducción significativa en el uso de cemento y del acero en la producción de vivienda, que son los

materiales que generan una mayor cantidad de CO2 en su fabricación, aportando de manera

importante a temas ambientales; Por ello, he aquí la idealización de un muro donde además de

cumplir funciones constructivas también genere un papel importante en la conservación del medio

ambiente, ya que actualmente los materiales más usados y más populares son bloques de ladrillo

junto con mortero y muros de concreto donde, estos componentes tienen funciones netamente

estructurales y/o arquitectónicas. Además, los gaviones al estar compuestos por materiales no

convencionales y/o ecológicos de construcción en viviendas, permiten una reducción significativa

en su costo, con el objetivo de poder generar proyectos de viviendas para gente vulnerable o más

específico, para población campesina.



Planteamiento del problema

En la actualidad, el calentamiento global ha venido tomando peso significativamente en la vida

de las personas, debido a las consecuencias irreparables que ha ido generando. Entre las causas

que lo generan, se encuentra la contaminación atmosférica emitida por diferentes factores, entre

ellos, se encuentra la fabricación y uso de materiales de construcción como lo es el concreto y el

ladrillo implementados en la construcción de muros en viviendas.

La contaminación es uno de los factores más importantes que afectan el medio ambiente, entre

esta problemática, cabe destacar que los materiales convencionales utilizados para la construcción

de muros de viviendas como lo es el concreto y el ladrillo, representan riesgos de impactos

ambientales. Según investigación realizada publicada en el artículo “IMPACTOS AMBIENTALES

ASOCIADOS CON EL PROCESO DE PRODUCCION DEL CONCRETO” (Navas de Garcia,

Reyes Gil, & Galvan Rico, 2015), el concreto, desde la recepción de la materia prima, producción,

uso del producto, hasta la disposición final del elemento, generan impactos ambientales asociados.

Y según otra investigación realizada y publicada en el artículo “CONTAMINACION

ATMOSFERICA POR LA FABRICACION DE LADRILLOS Y SUS POSIBLES EFECTOS SOBRE

LA SALUD DE LOS NIÑOS EN ZONAS ALEDAÑAS” (Gallegos R., Lang, Fernandez, & Lujan,

2006) el proceso de fabricación de ladrillo involucra causas en la contaminación atmosférica

generando daños significativos al ecosistema.

Otro tema relevante en la investigación de este proyecto es sobre lo poco que se ha escrito y

experimentado en la apropiación de esta técnica en la producción de vivienda, (muros libres por

ambas caras), ya que, al ser una técnica no usual e inexplorada, no cuenta con respaldo técnico ni

normativo que avale la posibilidad de la aplicación de este sistema en la producción de vivienda,

a manera de cerramiento y a la vez de forma estructural, lo que lo enmarcaría en una categoría de

muros de carga.

El problema central de esta investigación es que el sistema propuesto no tiene, hasta el

momento, un desarrollo de tipo técnico y experimental que permita darle sustento desde lo

científico y lo teórico, para poder apropiarlo, de manera segura en la construcción de vivienda, lo

que hace que difícilmente sea introducido o adoptado en el reglamento Colombiano de

construcción sismo resistente (NSR-10) que, en la actualidad, en la NSR-10 ha introducido, dentro

18



del reglamento de construcción sismorresistente, algunas técnicas que pueden considerarse

vernáculas o emergentes, como la que se propone estudiar, y son el bahareque encementado,

contenido y normativizado mediante el “TITULO E: Casas de uno y dos pisos” y, en la última

actualización de dicho código, el uso de la guadua o bambú, que ha sido tratado en el “TITULO

G” correspondiente a estructuras de madera y estructuras de guadua.

Ahora, el tema de la oferta de vivienda ha sido preocupante por el rápido aumento de los costos

en los materiales básicos de construcción (hormigón, ladrillo y acero), donde se tienen en cuenta

las consecuencias a nivel local por algunos problemas de inelasticidad en el sector ya producido.

A nivel internacional, ha habido un auge de la demanda exterior de acero, donde en el caso de

china parece haber tenido un impacto en el precio de la chatarra a nivel internacional (CLAVIJO,

2005). Considerando los altos costos de transporte dada la importancia carga de estos productos y

la lenta respuesta de la capacidad instalada en Estados Unidos, esto ha influido en estos

incrementos de costos. (CLAVIJO, 2005)

En general, se identifica que la problemática, es la contaminación que genera la producción de

materiales convencionales en la construcción de muros en viviendas, la falta de sustento

investigativo para poder apropiar de manera segura los gaviones como construcción de viviendas

y el alto precio en nuestro país para obtención de vivienda generado por el alza en costos de los

materiales convencionales.

De allí, se desprende la siguiente pregunta de investigación: ¿La implementación de muros

gaviones como parte integral en la construcción de una vivienda campesina en los llanos orientales

es viable técnicamente?



Objetivos

Objetivo general

Determinar la viabilidad técnica para la implementación de muros de gavión aplicados a la

producción de vivienda campesina en los Llanos Orientales de Colombia.

Objetivos específicos

• Construir una propuesta arquitectónica de vivienda campesina que satisfaga las

necesidades de vivienda en los Llanos Orientales de Colombia.

• Determinar las propiedades mecánicas de los gaviones a partir del estudio del arte de

investigaciones con materiales similares al que se encuentra en la zona de estudio.

• Construir un modelo numérico en elementos finitos representativo del sistema estructural

de la vivienda en muros en gaviones.

• Analizar y concluir los datos obtenidos del modelamiento.

• Determinar la viabilidad técnica y económica de este sistema de vivienda.

20



Justificación

Los muros de gaviones han sido tradicionalmente utilizados en obras de infraestructura. Se

componen de jaulas metálicas compuestas por mallas hexagonales de acero galvanizado, lo que

las hace resistente a la intemperie y libres de oxidación durante un tiempo prolongado.

Internamente se cargan con piedras de diferentes tamaños convirtiéndola en una estructura

permeable. El grueso de los estudios técnicos y científicos sobre estos elementos se han centrado

en su utilización como contenedores de taludes, es decir que el análisis de comportamiento físico

mecánico de este tipo de estructuras ha estado ligado a los empujes laterales que le inducen los

terrenos que contienen.

Lo anterior hace referencia a la poca información que hay sobre la implementación de muros

en gavión para viviendas debido a que habitualmente su uso es para la retención de taludes o

laderas, entonces, el siguiente proyecto busca profundizar en la obtención de información para la

construcción de este muro en viviendas campesinas armando un modelo numérico en elementos

finitos y así verificar la viabilidad técnica de este elemento.

La utilización de la roca, bajo la aplicación de esta técnica, además de brindar sustento a la

edificación también aporta valores estéticos que hacen resurja las tradiciones y elementos

culturales, promoviendo así el rescate de técnicas constructivas propias de las regiones presentes

en el imaginario colectivo, respondiendo a factores tipológicos sociales, estéticos y climáticos

correspondientes al modo de vida en los llanos orientales.

Además de los aportes ya mencionados, esta propuesta genera algunas externalidades positivas,

como la reducción significativa en el uso de cemento y del acero en la producción de vivienda,

que son los materiales que más generan CO2 en su fabricación, aportando de manera importante a

temas ambientales; de otro lado, se espera que el resultado pueda ser apropiado por las

comunidades campesinas, ya que su implementación no requiere de mano de obra calificada.

En relación con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (Maria Helena Andre, 2017), esta

investigación contribuye a la lucha de manera directa o indirecta con los siguientes objetivos:

Objetivo 1: Fin de la pobreza

Objetivo 10: Reducción de las desigualdades

Objetivo 11: Ciudades y comunidades sostenibles

Objetivo 12: Producción y consumo responsables



Objetivo 13: Acción por el clima

Y de forma indirecta al objetivo de:

Objetivo 3: Salud y bienestar

Cabe aclarar, que lo anterior no hace referencia a la erradicación completa de dichos objetivos,

simplemente se logra de manera limitada un pequeño aporte al desarrollo de estos objetivos.

22



Marco referencial

Marco conceptual

A. Bianchini ingenieros en su proyecto: “Defensas fluviales, marítimas y obras similares”

expresa la siguiente definición de gaviones: “unas cajas alambradas rellenas de piedras o cantos

rodados que forman el caudal del rio, sin intervenir en su formación, cemento o cualquier material

que tienda a aglomerarse” (1934).

Los primeros gaviones, fueron utilizados por los romanos queriendo buscar una forma de evitar

la caída de rocas. Estos muros construidos en mimbre trenzado que, en el caso del gavión que

conocemos hoy, cumple la función de alambre y este era relleno de piedras. En la actualidad, es

uno de las más utilizados específicamente en el campo de la ingeniería: revestimiento de taludes.

En retrospectiva, en nuestro continente el uso de la roca en la construcción es histórico; ya que,

en el imperio inca se utilizó una estructura formada por ellos mismo para aprovechar sus tierras

con el fin de utilizarlas para el cultivo. Estos crearon terrazas o plataformas en las laderas de las

montañas para la cultivación de sus frutos.

Las terrazas estaban formadas con plataformas horizontales con muros de piedra a modo de

muro de contención, formando así los taludes. El objetivo de los incas era la ganancia de terreno

para lograr un mayor espacio en sus cultivos y detener la erosión para la obtención de una mejor

cosecha. Todo ello aprovechando las curvas naturales que tenían los taludes sin modificar los

paisajes y el espacio que la rodea (Terrazas agrícolas, 2013).

La empresa A. Bianchino Ingeniería, en 1921 publico la primera guía de defensas fluviales,

logrando así, ser icono de referencia para la época. Lo que narraba esta guía, era las instrucciones

de montaje y fichas técnicas, entre otras cosas relacionadas con la construcción y puesta en servicio

de los gaviones.

Entre los años 1927 y 1968, la misma compañía continúo realizando obras que destacaron el

uso de gaviones como una de las mejores estrategias para correcciones fluviales. En 1969

aparecieron gaviones con revestimiento de PVC y acero galvanizado. En 1990 se empezaron a

fabricar gaviones plastificados en PVC, y en el 2005 se empezaron a crear gaviones con aleación



de zinc denominada galfan. Dicha aleación ayuda a mejorar la resistencia ante la corrosión durante

la vida útil de los gaviones

El estudio del tema, en relación con los gaviones, debe tener en cuenta las siguientes

problemáticas y condiciones:

Flexibilidad

Los gaviones son capaces de resistir la presión a los que suelen ser sometidas sin romperse. En

algunos casos hay algunas deformaciones, pero esta no logra romperse. En muchos casos, las

deformaciones suelen presentarse como puntos negativos en la gran mayoría de estas estructuras,

pero en este caso se presenta como una ventaja.

Los gaviones tienen la capacidad de adherirse y reajustarse ante cualquier caso de movimiento,

hundimiento o cualquier presión ejercida sobre él, y es ahí donde su flexibilidad es bienvenida

como un punto positivo para su aplicabilidad en la construcción de viviendas. Dado el caso de

ocurrir deformaciones bruscas, que podrían provocar el colapso por parte del gavión, no lo hace

de forma inmediata dando lugar a una acción rápida para su restauración o reparo, “su eficacia

depende de su peso y de la capacidad de soportar deformaciones significativas sin romperse su

estructura” (Suarez, 2009, p.115), tienen alta resistencia al deslizamiento y al volcamiento, por

tratarse de cajones de una sola estructura, comparado con otros sistemas los costos al implementar

los gaviones son relativamente bajos (Gaviones, s.f.). La flexibilidad de los gaviones depende del

número de tirantes que se le coloquen, del tipo de malla, de altura del gavión y de la forma de los

bordes y demás factores (Suarez, 2001). Cabe señalar que los gaviones de menor altura suelen ser

más flexibles que los de mayor altura.

La flexibilidad de los gaviones también los hace útiles para otras funciones; Como un muro de

contención, pueden usarse para estabilizar taludes, protección de alcantarillas, riberas de arroyos

y otros canales de gran velocidad en la escorrentía de ríos, incluso pueden formarse en una variedad

de estructuras agradables.

Angulo de fricción

El ángulo de fricción, es un concepto básico de la física, la cual representa matemáticamente el

coeficiente de rozamiento, este a su vez depende de parámetros como: tamaño de las rocas, forma,

densidad, entre otros (Geotecnologia S.A.S.).

24



Resistencia pico

Es la resistencia máxima que puede soportar el material sin haber sido fallado previamente, este

corresponde al punto más alto que general curva de esfuerzo – deformación (Geotecnologia

S.A.S.).

Resistencia residual

Este tipo de resistencia, hace referencia a la resistencia obtenida del material después de haberlo

sometido a una carga y posteriormente fallar (Geotecnologia S.A.S.).

Un factor a tener en cuenta en cuanto a la diferencia entre la resistencia pico y la resistencia

residual es su sensitividad, la cual hace referencia a disminución de la resistencia por la

reorientación de sus partículas (Geotecnologia S.A.S.).

Ilustración 1. Grafica de resistencias pico y residual. Adaptado de: (Geotecnologia S.A.S.).

Resistencia al cortante de rocas

La resistencia al corte de las rocas se analiza a partir del comportamiento descrito por Mohr

Coulomb.

Teniendo en cuenta que la resistencia al corte del macizo rocoso no es lineal, sus aracterísticas

dependen directamente del nivel de fuerza, también cabe aclarar que para la caracterización de las

rocas el ensayo más apropiado es la compresión uniaxial (Geotecnologia S.A.S.).



Tabla 1. Parámetros típicos de las rocas.

NOTA: Tipos de rocas con sus respectivas características cuantitativa. Adaptado de: (Hoek y Bray, 1981)

Arquitectura sostenible

La arquitectura sostenible, toma una nueva variable en su alcance, dado que, la función del

tiempo de vida en una construcción se tiene en cuenta los impactos a tener del edificio durante

todo su ciclo de vida, desde su ejecución hasta su derribo final. De acuerdo con esta, la durabilidad

de los gaviones aporta a la misma; además, su uso en la construcción de vivienda, aportaría a

equilibrar el problema del valor del suelo que hace que los desarrollos urbanos y urbanísticos cada

vez sean de más baja calidad; sumado a lo anterior, también aportarían soluciones al problema de

los sistemas constructivos que no contemplan el efecto del clima al interior de la edificación, es

decir que aplican el mismo método de construcción para los diferentes climas sin distinción del

entorno de la vivienda. Los gaviones presentan propiedades mecánicas que le dan características

que pueden ser aprovechables en un amplio aspecto en la arquitectura, de manera no estructural,

ampliando su uso que actualmente se restringe a la construcción de cerramientos, mobiliario, etc.

Geología regional y local

En la producción de gaviones se debe tener en cuenta las condiciones litográficas de la región.

La configuración orogénica de los Andes colombianos es producto del desarrollo de la

subducción bajo el noroccidente de Suramérica en los últimos 7 millones de años (Chicangana,

Vargas y Caneva, 2012). De acuerdo con Ingeominas, la ciudad de Villavicencio está asentada en

el lugar que se cruzan fallas del sistema de fallas en el borde llanero (como se cita en Chicangana,

Jiménez y Caneva, 2012), técnicamente denominado como un sistema de fallas de la Falla Frontal

de la cordillera Oriental (SFFFCO) (Chicangana, Vargas, Kammer, Hernández y Ochoa, 2007, p.

62). El sistema de falla mencionado es reconocido como uno de los más importantes en los Andes,

ya que su entramado tectónico muestra su movilidad en periodos muy recientes, geológicamente

26



en comparación con demás marcos tectónicos activos de Colombia (Chicangana, Vargas y Caneva,

2012).

Las características litoestratigráficas de la región muestran una presencia de rocas antiguas del

precámbrico conocida como filitas y cuarcitas de Guayabetal en la base cronoestratigráfica de

origen metamórfico, seguido por formaciones de la edad Devónico–Carbonífero de Areniscas de

Gutiérrez, Lutitas de Pipiral y Capas rojas del Guatiquia; en el periodo Jurásico se encuentran rocas

de las Formación Brechas de Buenavista caracterizado por conglomerados con cantos redondeados

y angulares; las formaciones Lutitas de Macanal, Fomeque y Une del Cretáceo inferior

caracterizadas por arcillolitas y lodolitas dos primeras y la Formación Une resaltando su

composición arenosa cuarzosa de grano grueso; el Grupo palmichal conocido por sus arenitas o

areniscas blanco amarillentas de grano medio o en algunos casos conglomeráticas intercaladas con

arcillolitas silíceas de color gris.

Las unidades nombradas anteriormente, se encuentran infrayaciendo depósitos recientes de

origen Aluvial, Derrubio y Terrazas, asociado a las grandes zonas de cauces activos y escorrentías,

los cuales, a lo largo de la historia geológica reciente han remodelado los paisajes de la región,

generando capas de material poco consolidado con características específicas a partir del tipo de

proceso mecánico o intemperismo condicionando los tipos de suelo presentes (Pulido, Gómez y

Marín, 1998).

Marco normativo

RESOLUCIÓN 2413 DE 1979: Donde se presentan los valores económicos mínimos en

materia de seguridad e higiene que deben tener las compañías del sector constructor:

Riesgos

Relaciones contractuales

Responsables

Técnicas utilizadas y Tecnología aplicada y demás presupuestos que determinan su

operatividad en la actualidad.

DECRETO 2060 DE 2004: El cual establece normas mínimas para vivienda de interés social

urbana.



ISO 9001: Enfocada a los requisitos de un sistema de gestión de calidad para la satisfacción del

cliente y su acreditación ante el interés de sus servicios.

LEYES RELACIONADAS CON VIVIENDA

Ley Nª 1114 27 de diciembre de 2006: Por la cual se modifica la ley 546 de 1999, el numeral 7

del artículo 16 de la ley 789 de 2002 y el artículo 6 de la ley 973 de 2005 y se destinan recursos

para la vivienda de interés social.

LEY Nª 962 8 de junio 2005: Por la cual se dictan disposiciones sobre racionalización de

trámites y procedimientos administrativos de los organismos y entidades del Estado y de los

particulares que ejercen funciones públicas o prestan servicios públicos.

Norma de Sismo resistencia 2010. Reglamento Colombiano sismo resistente NSR-10.

28



Estado del arte

Diseño de un centro turístico, con tecnología de madera Laminada y gaviones de piedra

“Tesis previa a la obtención del título de arquitecto” (Rodas Velez & Urgiles Criollos, 2015)

En este proyecto, se implementó el diseño y estudio de muros en gavión para la construcción

de un centro turístico, donde se efectuó una nueva tecnología basada en muros de gaviones para la

construcción de sus muros. En dicho proyecto logran aportar la información necesaria para

verificar la viabilidad del proyecto y emitir la confianza para su implementación. Cabe destacar,

que la manera en la que se corroboro la viabilidad técnica del proyecto, fue mediante ensayos de

laboratorios para la caracterización de sus propiedades y así definir el comportamiento del material

que constituye al gavión, de esta forma se concluyó que este sistema de construcción realizada es

sustentable e innovadora (Rodas Velez & Urgiles Criollos, 2015).

Ilustración 2. Zona de ingreso a la recepción. Adaptado de: (Rodas Velez & Urgiles Criollos, 2015).



Ilustración 3. Zona de ingreso al restaurante. Adaptado de: (Rodas Velez & Urgiles Criollos, 2015).

Ilustración 4. Zona de ingreso a la administración. Adaptado de: (Rodas Velez & Urgiles Criollos, 2015).

Ilustración 5. Zona de ingreso a la cabaña. Adaptado de: (Rodas Velez & Urgiles Criollos, 2015).

30



Ilustración 6. Zona de ingreso a la zona de recepciones. Adaptado de: (Rodas Velez & Urgiles Criollos, 2015).

“Val Di Fleres Fire Station” diseñado por Roland Baldi Architects (Roland Baldi

Architects, 2015)

Roland Baldi Architects, es una compañía italiana encargada de la arquitectura y diseño urbano,

muchos de sus proyectos han sido denominados de gran éxito en su competencia, entre ellos, en

especial uno que fue realizado en el año 2015 en la provincia de Brennero en Bolzano – Italia, la

cual consiste en una llamativa estación de Bomberos de 423 m2 con una fachada hecha de roca

dolomítica recogida en el mismo sector de construcción y colocadas en los muros de gaviones que

conforman la estructura (Roland Baldi Architects, 2015).

Ilustración 7.Estación de bomberos. Adaptado de: (Roland Baldi Architects, 2015)



La estructura está dividida en dos secciones: lado este conformado por el garaje, área de

almacenamiento, taller y cuarto de servicios al fondo, el lado oeste se encuentra la sala de control,

salones de vestuarios y aseos (ver Ilustración 8). Los muros gaviones construidos, además de tener

su función original de muros de contención, también son instalados con el fin de contribuir en la

disminución de la contaminación ambiental y como muros estéticos (Roland Baldi Architects,

2015).

Ilustración 8.Plano arquitectónico del proyecto, vista en planta. Adaptado de: (Roland Baldi Architects, 2015).

Ilustración 9. Plano arquitectónico del proyecto, vista frontal. Adaptado de: (Roland Baldi Architects, 2015).

32



Ilustración 10. Plano arquitectónico del proyecto, vista lateral. Adaptado de: (Roland Baldi Architects, 2015).

“University of Pretoria Plant Science Complex” realizado por la compañía de

arquitectos kwpCREATR Architects en Sur África ( kwpCREATE Architects, 2012).

El complejo de ciencias de la Universidad de Pretoria en Sur África, fue construida en el año

2012 y diseñada por la compañía de arquitectos kwpCREATE Architects, consiste en un edificio

construido con materiales convencionales, pero, la cual le dieron un toque ecológico al incrustar

una pared de gaviones con jardineras en el exterior dándole un efecto de paisaje natural en los

elementos arquitectónicos del edificio ( kwpCREATE Architects, 2012).

Ilustración 11. Universidad de Pretoria, Sur África. Adaptado de: ( kwpCREATE Architects, 2012).

http://architizer.com/firms/kwp-architects/

http://architizer.com/firms/kwp-architects/



“Study On Static Mechanical Properties Of Gabion Specimen” realizado por los

ingenieros chinos Miao Longgang, Zhang Huijian, Niu xiaoyu, Zhu Rui, Xue Qingshuai y

Jiang Yongwang (Miao Longgang, 2020)

En el artículo mencionado, se plantío la investigación sobre las propiedades mecánicas estáticas

de los gaviones, sometiendo a varios especímenes a ensayos de esfuerzo de compresión (ver

Ilustración 12), los modelos construidos para la realización del ensayo fueron hechos de forma

cubica y cilíndrica de dos diferentes tamaños (ver Ilustración 13).

Ilustración 12. Ensayo de compresión. Adaptado de: (Miao Longgang, 2020)

Ilustración 13. Especímenes ensayados. Adaptado de: (Miao Longgang, 2020)

Los resultados obtenidos del ensayo de compresión en los diferentes modelos de gavión

construidos se pueden apreciar en las siguientes ilustraciones.

34



Ilustración 14. Comportamiento del modelo al ser sometido por esfuerzo de compresión. Adaptado de: (Miao

Longgang, 2020).

Ilustración 15. Resultados obtenidos individualmente de cada espécimen. Adaptado de: (Miao Longgang, 2020).



“Deformation Analyses Of Gabion Structures” realizado por Der-Guey Lin, Bor-Shun

Huang, Shin-Hwei Lin (Der-Guey Lin,2010)

En este artículo de investigación, se limitaron a la modelación numérica para simulación de los

comportamientos de deformación de los gaviones sometidos a esfuerzo de compresión y de carga

lateral, los resultados obtenidos son los siguientes.

Ilustración 16. Modelación numérica en elementos finitos y deformación del gavión sometido a ensayo de

compresión. a) Restringido b) Sin restricción lateral. Adaptado de: (Der-Guey Lin, 2010).

Ilustración 17. Curva esfuerzo - deformación obtenida a partir de la modelación realizada. Adaptado de: (Der-Guey

Lin, 2010).

36



Metodología y desarrollo del proyecto

Este trabajo se centra en el tipo de investigación correlacional, que se basó en un método

cuantitativo y cualitativo o multimétodo. Su desarrollo se dividió en 5 etapas o fases:

Primera etapa: Propuesta arquitectónica

Para el desarrollo de esta etapa, se proponen recomendaciones de diseño para la vivienda

campesina que permitan contribuir a la satisfacción de las necesidades y expectativas de esta

población, recomendaciones como que el diseño de la estructura tenga que ser flexible para

permitir que la vivienda se adecue de forma progresiva, donde involucre la participación del

usuario como principal protagonista de la mano con el profesional de la arquitectura.

Además, la vivienda tiene que estar condicionada a la evolución de las necesidades y

expectativas de esta población, que son identificadas primero en el pasado por las tradiciones,

luego en el presente por sus costumbres y gustos, para finalmente ser proyectadas en el futuro

como expectativas de los campesinos. Lo anterior, acomodado al estilo de vida de esta población

incluyendo las limitaciones económicas de la familia, los cuales son los encargados de finalmente

determinar parámetros como funcionamiento y la imagen del espacio cómodamente habitable, esto

nos indica entonces que para la correcta evaluación y diseño de esta vivienda se deben relacionar

la escala rural con la arquitectónica. A continuación, se muestran imágenes de unas viviendas de

una comunidad campesina ubicada en la región de los llanos orientales donde se puede apreciar

las condiciones en las que vive dicha población (ver Ilustración 18, Ilustración 19, Ilustración 20)



Ilustración 18. Condiciones de viviendas actuales de los campesinos ubicados en la región de los llanos orientales.

Adaptado de: (Ortiz, 2019).



38





De acuerdo a lo mencionado anteriormente, se buscó realizar una propuesta arquitectónica de

una vivienda con muros de gavión con el objetivo de suplir todas las necesidades básicas que

requiere esta comunidad campesina en la ciudad de Villavicencio, los cuales suelen vivir en

condiciones estructurales poco optimas (de acuerdo a la anteriores ilustraciones) brindando una

alternativa novedosa y particular para el desarrollo del hábitat rural en los Llanos Orientales de

Colombia, además, dar viabilidad técnica y económica y la implementación de esta estructura en

viviendas para esta comunidad.

Para la realización de la propuesta arquitectónica, se optó por la utilización de dos diferentes

softwares, los cuales fueron, AutoCAD y Skectchup. El primer software fue utilizado para la

construcción del plano arquitectónico de la vivienda con vista en planta, donde se determinó la

distribución de los diferentes espacios que conforman la vivienda con sus dimensiones. Una vez

determinadas las dimensiones de la vivienda campesina, se procedió a su diseño en 3D en

Sketchup, para brindar una concepción más realista de la propuesta arquitectónica de la estructura,

como se muestra en la Ilustración 21, Ilustración 22, Ilustración 23, Ilustración 24 e Ilustración 25.



Ilustración 21. Plano arquitectónica de la vivienda campesina vista en planta. Por Bolívar J, 2020

Ilustración 22. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista frontal de la vivienda. Por Bolívar J, 2020.

40



Ilustración 23. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista lateral derecha de la vivienda. Por Bolívar J, 2020.

Ilustración 24. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista lateral izquierda de la vivienda. Por Bolívar J, 2020.

Ilustración 25. Diseño en 3D realizado en Sketchup. Vista posterior de la vivienda. Por Bolívar J, 2020.



Segunda etapa: Caracterización del material

Esta segunda etapa consistió en la búsqueda y recopilación de información relacionada con la

caracterización de las propiedades mecánicas del material que se encuentra en la zona de estudio

a partir del estado del arte, teniendo en cuenta la investigación realizada por el ingeniero German

Chicangana Montón, denominado “LA AMENAZA SÍSMICA DE VILLAVICENCIO Y EL

PIEDEMONTE LLANERO DEL CENTRO DE COLOMBIA”, donde asegura que el tipo de roca

que se encuentra en la zona de estudio son sedimentarias y metamórficas (Chicangana, 2010).

A partir de lo anterior y de la búsqueda realizada para la obtención de información sobre

parámetros técnicos de los gaviones, se recurrió a un proyecto de investigación realizado en

Taiwán, titulado “DEFORMATION ANALYSES OF GABION STRUCTURES” realizado por los

ingenieros Der-Guey Lin, Bor-Shun Huang y Shin-Hwei Lin, el cual consiste en las medidas y

modelación en elementos finitos de gaviones con y sin restricciones sometidos a un esfuerzo de

compresión y a cargas laterales con el objetivo de la determinación de las propiedades mecánicas

de dicha estructura ya que la Universidad Santo Tomas no cuenta con la capacidad para realizar

este tipo de ensayos (Der-Guey Lin).

Esfuerzo a compresión máximo resistente

La información puntual que se tuvo en cuenta del proyecto investigado para el desarrollo de

este objetivo específico, fue la obtención de la curva esfuerzo – deformación que surgió a partir

del ensayo de compresión de la investigación mencionada anteriormente (ver Ilustración 26). Cabe

resaltar que el modelo realizado para la implementación de este ensayo contaba con un espesor de

50 cm, es decir, con el mismo espesor propuesto para la realización de este proyecto.

42



Ilustración 26. Curvas esfuerzo – deformación a partir de ensayo de compresión sobre los gaviones. Adaptado de:

(Der-Guey Lin, 2010).

La Ilustración 26 muestra el comportamiento que se obtiene de los gaviones a partir de un

esfuerzo sometido a compresión donde la línea de color azul muestra el gavión sin restricciones

laterales medidos en el laboratorio, la línea roja es el gavión restringido a los lados medido en el

laboratorio. La línea verde muestra el gavión sin restricciones modelado en elementos finitos, y

finalmente la línea negra hace referencia al gavión con restricción lateral modelado en elementos

finitos.

A partir de la información anterior se utilizaron los datos para construir una aproximación de

las curvas de esfuerzo deformación de los gaviones, para determinar el comportamiento esperado

del material, el cual es el insumo para construir el modelo en elementos finitos.

Cabe destacar, que se optó por trabajar con la curva obtenida a partir de gaviones con

restricciones laterales medido en laboratorio, la cual se encuentra en color roja, esto, debido a que

anteriormente, se había planteado la implementación de estos muros gaviones sin restricciones

laterales que es la que se encuentra de color azul, pero estos hacían que la estructura tuviera unos

desplazamientos laterales bastantes considerables, por ende se propone que los muros gaviones

tengan restricciones laterales mediante el confinamiento con columnas.

La grafica al contar solamente con 4 puntos de la gráfica esfuerzo-deformación, se optó por

determinar la ecuación que representa el comportamiento esperado para poder obtener un mayor



número de puntos. Se implemento una línea de tendencia cuadrática y se construyeron las gráficas

de la Ilustración 27.

Grafica Esfuerzo - Deformacion

Ilustración 27. 27 Curvas esfuerzo-deformación con sus respectivas líneas de tendencia y ecuaciones cuadráticas.

Por Bolívar J, 2020.

Tabla 2. Datos obtenidos a partir de la curva esfuerzo a compresión-deformación.

ϵ σ(Kpa)

0 0

0,05 159,715

0,1 400

0,145 652,99965

0,19 1000

0,25 1517,955

0,29 1900

0,35 2653,855

0,4 3350 NOTA: Valores de la relación esfuerzo – deformación, este último en unidades de Kilopascales. Por Bolívar J, 2020.

Una vez determinadas las ecuaciones, se establece que la carga máxima a compresión que

soporta el gavión al ser sometido a un esfuerzo de compresión es de 3350 Kpa y el módulo de

44



elasticidad (E) del material del muro sería igual a la pendiente del rango lineal de la gráfica,

obteniendo un resultado de 8324,08778 Kpa.

Esfuerzo a cortante máximo resistente

La segunda información puntual obtenida de la investigación realizada fue la obtención de la

curva Esfuerzo a cortante (τ) – Modulo a cortante (G) (Der-Guey Lin, 2010), la cual se muestra a

continuación.

Ilustración 28. Curvas esfuerzo a cortante – módulo a cortante, a partir de ensayo de cargas laterales sobre los

gaviones. Adaptado de: (Der-Guey Lin, 2010).

La anterior gráfica, fue necesaria para la obtención del esfuerzo a cortante resistente del muro,

el cual se determinó hallando el módulo a cortante del muro usando la siguiente ecuación.

𝐸

𝐺 =

2(1 + 𝜈)

Ecuación 1. módulo a cortante de un material (Gutierrez, 2013)



Donde G es el módulo a cortante de un material, E es el módulo de elasticidad determinado

anteriormente y 𝜈 es el coeficiente de poisson (0,3). Este último valor determinado del estado del

arte anteriormente mencionado (Der-Guey Lin, 2010).

𝐺 = = 3201,5 𝐾𝑝𝑎

Una vez determinado este parámetro, se opta por calcular el esfuerzo cortante resistente del

muro despejándolo a partir de la siguiente ecuación.

Donde finalmente el resultado obtenido del esfuerzo cortante resistente del muro fue de 0,6005

Mpa.

Propiedades Físicas

Otros parámetros necesarios para la realización de este trabajo fueron: Peso específico del

material (canto rodado) y ángulo de fricción. El peso específico fue obtenido a partir de una revista

de investigación donde aseguran que el peso específico del canto rodado es de 1797 Kg/m3

(Villegas, 2012).

Y el ángulo de fricción fue determinado a partir de la búsqueda de información del estado del

arte mismo donde se realizaron los ensayos de compresión y carga lateral anteriormente visto

donde aseguran que el valor es de 35° (Der-Guey Lin, 2010)

Tercera etapa: Análisis sísmico y modelación de la estructura

En esta etapa se realizó el respectivo análisis sísmico y modelación número de la estructura

como requisito primordial para dar viabilidad técnica a la vivienda diseñada con muros gavión a

partir de información obtenida en las etapas anteriores. Dicho modelo numérico fue realizado por

medio del software ETABS, donde previamente se realizó una inspección preliminar sobre la

46



estructura a diseñar y sobre la determinación de la zona de estudio, con el objetivo de poder

identificar los parámetros necesarios para la realización del análisis sísmico del modelo.

Descripción de la estructura

La estructura es una vivienda de 1 piso diseñada con muros portantes en gaviones la cual cuenta

con un área total de 53 m2, una altura máxima de 2,5 metros con los espacios necesarios para para

generar una vida digna a dicha comunidad campesina. Estos espacios están conformados por 2

habitaciones, una cocina, un comedor, un baño y un patio trasero.

Ubicación

La zona de estudio se encuentra ubicada en la región de los llanos orientales, más específico en

las zonas rurales cercanas a Villavicencio, municipio y capital del departamento del Meta.

Ilustración 29. Ubicación del municipio de Villavicencio. Adaptado de: Google Maps. Por Bolívar J, 2020.

Espectro de diseño

Para la obtención del espectro de diseño, se tomó en cuenta las recomendaciones exigidas por

“El reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10” para la obtención de los

diferentes parámetros que lo conforman. A continuación, se muestran los datos obtenidos a partir

del reglamento.



Tabla 3. Parámetros de diseño.

CARACTERISTICA VALOR

Zona de amenaza sísmica Alta Aceleración horizontal pico efectiva (Aa) 0,35 Velocidad horizontal pico efectiva (Av) 0,30

Perfil de suelo D Fa 1,15 Fv 1,80

Coeficiente de importancia I Período de Vibración Inicial (To) 0,134 Período de Vibración Corto (Tc) 0,644 Período de Vibración Largo (TL) 4,32

NOTA: Valores de diseño sismo resistente de acuerdo a la ubicación de la zona de estudio. Por Bolívar J, 2020.

Ilustración 30. Espectro de diseño. Por Bolívar J, 2020.

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0 , 00 , 00 1 , 00 2 3 00 , 4 , 00 5 , 00 , 00 6 7 , 00

T(sg)

ESPECTRO DE DISEÑO

48



Tabla 4. Datos que conforman el espectro de diseño.

NOTA: Valores del espectro de aceleraciones de diseño para un periodo dado. Por Bolívar J, 2020.

Cabe aclarar, que, para la determinación del tipo del suelo, se optó por la recopilación de

información sobre tres estudios de suelos realizados en diferentes puntos de la ciudad de

Villavicencio, donde se encontró en cada uno de los estudios que el perfil de suelo correspondiente

es tipo D. Los estudios de suelos se encuentran como anexos en el anexo 1.

Para el diseño de la cimentación. se basó en el titulo E de la NSR-10 implementando vigas de

cimentación de 50x50 (cm) sobre una viga en concreto ciclópeo de 50x50 (cm).

1,60 0,405

1,70 0,381

1,80 0,360

1,90 0,341

2,00 0,324

2,20 0,295

2,40 0,270

2,60 0,249

2,80 0,231

3,00 0,216

3,20 0,203

3,40 0,191

3,60 0,180

3,80 0,171

4,32 0,150

4,50 0,138

5,00 0,112

5,50 0,093

6,00 0,078

Período de Vibración (T)

Sa (g)

0,00 1,006

0,04 1,006

0,13 1,006

0,20 1,006

0,30 1,006

0,40 1,006

0,50 1,006

0,64 1,006

0,70 0,926

0,80 0,810

0,90 0,720

1,00 0,648

1,10 0,589

1,20 0,540

1,30 0,498

1,40 0,463

1,50 0,432



Determinación de las irregularidades según A.3 NSR-10

• Revisión irregularidades en planta

Tabla 5. Coeficiente de irregularidad en planta.

TIPO IRREGULARIDADES EN PLANTA CASA NUEVA

SI NO ɸp

1aP Irregularidad torsional x 1

1bP Irregularidad torsional extrema x 1

2P Retroceso en las esquinas x 0,9

3P Irregularidad del diafragma x 1

4P Desplazamiento de los planos de acción x 1

5P Sistemas no paralelos x 1

Valor ɸp 0,9 NOTA: Valores obtenidos a partir de la revisión de irregularidades en planta de la estructura. Por Bolívar J, 2020.

• Revisión de irregularidades en altura

Tabla 6. Coeficiente de irregularidad en altura.

TIPO IRREGULARIDADES EN ALTURA CASA NUEVA

SI NO ɸa

1A Irregularidad rigidez x 1

2A Distribución masa x 1

3A Geometría x 1

4A Desplazamiento de los planos de acción x 1

5A Cambios de rigidez x 1

Valor ɸa 1 NOTA: Valores obtenidos a partir de la revisión de irregularidades en altura de la estructura. Por Bolívar J, 2020.

• Revisión de irregularidad por ausencia de redundancia

La estructura cuenta con un vano para resistir las fuerzas sísmicas en dirección X y Y, por lo

tanto, ɸr=0,75

50



Coeficiente de disipación de energía (R)

El coeficiente de capacidad de disipación de energía para ser empleado, corresponde al

coeficiente de disipación de energía básico, R0, multiplicado por los coeficientes de reducción de

capacidad de disipación de energía por irregularidades en altura, en planta, y por ausencia de

redundancia en el sistema estructural de resistencia sísmica. Para determinar el valor de Ro, se

consideró que los muros de carga construidos con gaviones no presentan disipación de energía,

por lo tanto, Ro se tomó como uno (1).

Tabla 7. Coeficiente de disipación de energía (R).

Ro ɸp ɸa ɸrx R

1 0,9 1 0,75 0,675

Ro ɸp ɸa ɸry R

1 0,9 1 0,75 0,675

NOTA: Valores de disipación de energía de la estructura en X y en Y. Por Bolívar J, 2020.

Modelación de la estructura

A continuación, se procedió a la modelación numérica en elementos finitos representativo de la

vivienda con muros en gavión, a partir de información obtenida en las etapas anteriores. Dicho

modelo fue realizado por medio del software ETABS.

Lo primero que se hizo, fue definir las propiedades del material, datos como: peso específico,

módulo de elasticidad y coeficiente de poisson en su primera parte. El material al tener un

comportamiento no lineal se tomó esta opción y se definieron propiedades como: Angulo de

fricción y la curva de esfuerzo – deformación, todo esto gracias a la información obtenida

anteriormente como se muestra a continuación.



Ilustración 31. Definición del material del muro. Por Bolívar J, 2020.

Ilustración 32. Datos definidos en ETABS de la curva esfuerzo-deformación. Por Bolívar J, 2020.

Ilustración 33. Grafica esfuerzo-deformación obtenida por el software. Por Bolívar J, 2020.

52



Después, se procedió a dibujar la vivienda con los muros de gavión en el software, donde su

espesor fue definido de 50 cm como se muestra en la siguiente imagen.

Ilustración 34. Modelo vivienda en ETABS. Por Bolívar J, 2020.

Cabe aclarar que en la modelación se definieron parámetros como: casos de carga y

combinaciones de carga teniendo en cuenta el reglamento colombiano de construcción sismo

resistente NSR-10, como se muestran a continuación. A demás se colocó un diafragma rígido en

la parte superior de los muros.

El empotramiento de los muros se da gracias a la excavación que se realiza previo a la

instalación de los gaviones, logrando así que este se encuentre al nivel de la cimentación y así

generar el empotramiento de los muros.



Tabla 8. Combinaciones de las diferentes solicitaciones.

Name Load

Case/Combo

Scale

Factor

D Dead 1

D SD 1

D+L Dead 1

D+L SD 1

D+L Live 1

Comb1 Dead 1,4

Comb1 SD 14

Comb2 Dead 1,2

Comb2 SD 1,2

Comb2 Live 1,6

Comb3 Dead 1,2

Comb3 SD 1,2

Comb3 Live 1

Comb3 EX 1

Comb3 EY 0,3

Comb4 Dead 1,2

Comb4 SD 1,2

Comb4 Live 1

Comb4 EX 1

Comb4 EY -0,3

Comb5 Dead 1,2

Comb5 SD 1,2

Comb5 Live 1

Comb5 EX -1

Comb5 EY -0,3

Comb6 Dead 1,2

Comb6 SD 1,2

Comb6 Live 1

Comb6 EX -1

Comb6 EY 0,3

Comb7 Dead 1,2

Comb7 SD 1,2

Comb7 Live 1

Comb7 EY 1

Comb7 EX 0,3

Comb8 Dead 1,2

Comb8 SD 1,2

Comb8 Live 1

Comb8 Live 1

Comb8 EY 1

Comb8 EX -0,3

Comb9 Dead 1,2

Comb9 SD 1,2

Comb9 Live 1

Comb9 EY -1

Comb9 EX -0,3

Comb1 Dead 1,4

Comb10 SD 1,2

Comb10 Live 1

Comb10 EY -1

Comb10 EX 0,3

Comb11 Dead 0,9

Comb11 SD 0,9

Comb11 Live 1

Comb11 EX 1

Comb11 EY 0,3

Comb12 Dead 0,9

Comb12 SD 0,9

Comb12 Live 1

Comb12 EX 1

Comb12 EY -0,3

Comb13 Dead 0,9

Comb13 SD 0,9

Comb13 Live 1

Comb13 EX -1

Comb13 EY -0,3

Comb14 Dead 0,9

Comb14 SD 0,9

Comb14 Live 1

Comb14 EX -1

Comb14 EY 0,3

Comb15 Dead 0,9

Comb15 SD 0,9

Comb15 Live 1

Comb15 EY 1

Comb15 EX 0,3

Comb16 Dead 0,9

Comb16 SD 0,9

Comb16 Live 1

Comb16 EY 1

Comb16 EX -0,3

Comb17 Dead 0,9

Comb17 SD 0,9

Comb17 Live 1

Comb17 EY -1

Comb17 EX -0,3

Comb18 Dead 0.9

54



Tabla 8. Continuación

NOTA:Valores de combinaciones de carga obtenidas de la modelación en elementos finitos. Por Bolívar J, 2020

Tabla 9. Casos de carga.

Name Type

Dead Linear Static

Live Linear Static

Peso propio Linear Static

SD Linear Static

FHEx Linear Static

FHEy Linear Static

EX Response Spectrum

EY Response Spectrum

Peso Linear Static

NOTA: Casos de carga que se tuvieron en cuenta para la realización del modelo en elementos finitos.Por Bolívar J,

2020.

Determinación de las fuerzas sísmicas

• Fuerza Horizontal Equivalente

A continuación, se realiza el cálculo del periodo aproximado de la estructura empleando la

ecuación A.4.2-3 de la NSR-10.

Comb18 SD 0,9

Comb18 Live 1

Comb18 EY -1

Comb18 EX 0,3

Envolvente Comb18 1

Envolvente Comb17 1

Envolvente Comb16 1

Envolvente Comb15 1

Envolvente Comb14 1

Envolvente Comb13 1

Envolvente Comb2 1

Envolvente Comb1 1

Envolvente Comb12 1

Envolvente Comb11 1

Envolvente Comb10 1

Envolvente Comb9 1

Envolvente Comb8 1

Envolvente Comb7 1

Envolvente Comb6 1

Envolvente Comb5 1

Envolvente Comb4 1



Tabla 10. Periodo aproximado.

α 0,75

ct 0,25

H(m) 2,5

Ta(seg) 0,497

Cu 1,102

NOTA: Valores de los parámetros necesarios para el cálculo del periodo aproximado (Cu). Por Bolívar J, 2020.

• Cálculo del cortante Basal

Tabla 11. Cortante Basal.

Periodo Aproximado CuTa(seg) 0,548

Periodo Natural Modelo Tn modelo(seg) 0,243

Periodo Natural Análisis Tn(seg) 0,243

Peso total W(KN) 504,06

Pseudo Aceleración Sa 1,00625

Cortante Basal Vs (KN) 507,215

Factor K K 1

NOTA: Valores de parámetros y cálculo del cortante Basal. Por Bolívar J, 2020.

Cabe resaltar, que el peso y el periodo natural del modelo tomados para la realización de la

fuerza horizontal equivalente del piso fue sacado de la modelación en elementos finitos donde en

la Tabla 13 se logra evidenciar la masa por piso en unidades de toneladas. • Fuerza sísmica

horizontal equivalente

Tabla 12. Fuerza por piso, método de fuerza horizontal equivalente.

Piso Altura(m) Peso (KN) wh^k Cvi Fi (KN) E(KN)

1 3 504,06 1512,19 1 507,21 751,43

NOTA: Calculo de la fuerza horizontal equivalente que actúa sobre la estructura obtenida a partir de la modelación

en elementos finitos. Por Bolívar J, 2020.

Tabla 13. Masa de la estructura

Piso UX UY

ton ton

Piso 1 51,3827 51,3827

Base 40,8722 40,8722

NOTA: Valores de la masa de la estructura obtenida de la modelación en elementos finitos. Por Bolívar J, 2020.

56



Análisis sísmico de la estructura

Tabla 14. Factores de participación de masa modal.

Case Mode

Periodo

UX UY

Sum

UX

Sum

UY

Sum UX

(%)

Sum UY

(%) sec

Modal 1 0,243 0,029 0,913 0,029 0,913 2,9 91,3

Modal 2 0,239 0,966 0,033 0,9947 0,9463 99,47 94,63

Modal 3 0,206 0,005 0,054 1 1 100 100

NOTA: Representación de masa modal de la estructura. Por Bolívar J, 2020.

Según la anterior Tabla, se determina que los 3 primeros modos tienen la mayor representación

de masa modal, ya que cuentan con más del 90% de la masa total de la estructura.

Desplazamientos horizontales

Tabla 15. Desplazamientos obtenidos.

Piso Load

Case/Combo Dirección Máximo(m) Promedio(m)

Piso1 FHEx X 0,015242 0,014279

Piso1 FHEy Y 0,014464 0,014396

NOTA: Valores de desplazamiento horizontal en X y en Y de la estructura en unidades de metros. Por Bolívar J,

2020.

Verificación de derivas

Tabla 16. Derivas obtenidas.

Piso Load

Case/Combo Dirección Deriva Deriva (%)

Piso1 FHEx X 0,006097 0,6097

Piso1 FHEy Y 0,005786 0,5786

NOTA: Valor del comportamiento de las derivas de la estructura en X y en Y. Por Bolívar J, 2020.

Cabe aclarar, que para la verificación de las derivas del modelo de vivienda se tuvo en cuenta

lo que dice la norma sismo resistente colombiana (NSR-10) en el titulo A en el apartado A.6.4.1.5,

donde asegura que para edificaciones de un piso no existen límites de deriva. Mas sin embargo se

hizo el respectivo análisis donde se puede observar en la tabla anterior que las derivas no exceden

su valor máximo permitido.



Distribución simétrica de los muros a partir del título E de la NSR-10

• Longitud mínima de muros

Para el cálculo de la longitud mínima requerida para los muros, se tuvo en cuenta la ecuación

E.3.6-1 de la norma:

𝑀𝑜𝐴𝑝

𝐿𝑚𝑖𝑛 =

𝑡

Donde Mo y Ap se toman de acuerdo a las recomendaciones exigidas por la norma, los valores

fueron los siguientes Mo = 30 Ap = 36,693 m2

De acuerdo a los datos anteriormente obtenidos, se procede al cálculo de la longitud mínima y

la verificación de su cumplimiento, como se muestra a continuación:

Tabla 17. Verificación de la condición de longitud mínima de los muros.

Cuadro de longitudes mínimas según NSR-10 E.3.6 Mo = 30

Pisos

Área

Cubierta

Ac(m2)

Ap(m2)

Espesor

muro t(mm)

Longitud

mínima

Lmi(m)

Longitudinal

ΣLmi-y (m)

Transversal

ΣLmi-x (m)

Condición de

longitud

minima

1 55,04 36,693 500 2,20 18,95 18,1 CUMPLE

NOTA: Parámetros y cálculo de la condición de longitud mínima de los muros. Por Bolívar J, 2020.

Una vez determinada la longitud mínima de los muros, se procede a verificar a distribución

simétrica de los muros exigida por la norma con la ecuación E.3.6-2.

Tabla 18. Distribución simétrica de los muros en el eje X

SIMETRIA EJE X Bx(m) = 7,2

EJE Lmi-y (m) bi-x (m) Lmi-y*bi-x

A 7,9 0,25 1,975

B 4,85 3,75 18,1875

C 6,2 6,95 43,09

ΣLmi-y (m) ΣLmi-y*bi-x (m) %Ec Bx |%Ec Bx|<0,15?

19,0 63,3 0,036 CUMPLE

NOTA: Verificación de la distribución simétrica de los muros según NSR-10 E.3.6.6. Por Bolívar J, 2020.

58



Tabla 19. Distribución simétrica del muro en el eje Y

SIMETRIA EJE Y By(m) = 8,4

EJE Lmi-x (m) bi-y (m) Lmi-x*bi-y

1 5,55 0,25 1,3875

2 3,5 3,35 11,725

3 5,55 6,45 35,7975

4 3,5 8,15 28,525

ΣLmi-x (m) ΣLmi-x*bi-y (m) %Ec By |%Ec By|<0,15?

18,1 77,435 0,009 CUMPLE

NOTA: Verificación de la distribución simétrica de los muros según NSR-10 E.3.6.6. Por Bolívar J, 2020.

Comparación de esfuerzos máximos y resistentes en los muros

Para la realización de la comparación de los esfuerzos máximos y resistentes de los muros, se

procede a determinar los esfuerzos máximos a los que están sometidos los muros, los cuales fueron

obtenidos en la modelación de elemento finitos, la tabla puede ser vista en la parte de anexos como

anexos 2 (ver Tabla 29).

Los resultados de la tabla de esfuerzos anteriormente mencionado sobre los valores de esfuerzos

que actúan en la estructura son vistos en la Ilustración 35 y la Ilustración 36 obtenidas de la

modelación en elementos finitos.

Ilustración 35. Esfuerzos a compresión que actúan en la estructura. Por Bolívar J, 2020.



Ilustración 36. Esfuerzos a cortante que actúan en la estructura. Por Bolívar J, 2020.

A partir de los resultados obtenidos de los esfuerzos a los que están sometidos los muros, lo que

se hace es un resumen de los esfuerzos obtenidos los cuales se muestran en la Tabla 20 y Tabla

21.

Tabla 20. Esfuerzos máximos y mínimos

S11 Arriba S22 Arriba S12 Arriba

UNIDADES MPA MPA MPA

MAX 0,03455 0,04771 0,06672

MIN -0,02848 -0,0606 -0,0661

NOTA: Valores que corresponden a los esfuerzos actuantes en la parte superior de los muros. Por Bolívar J, 2020.

Tabla 21. Esfuerzos máximos y mínimos

S11 Abajo S22 Abajo S12 Abajo

UNIDADES MPA MPA MPA

MAX 0,03836 0,0461 0,0687

MIN -0,03072 -0,06422 -0,06799

NOTA: Valores que corresponden a los esfuerzos actuantes en la parte inferior de los muros. Por Bolívar J, 2020.

Para determinar en qué dirección estarían actuando los esfuerzos sobre el muro, se muestra el

modelo en 3D con los ejes locales de los elementos tipo área.

60



Ilustración 37. Dirección de los ejes de esfuerzos locales del muro. Por Bolívar J, 2020.

Con ayuda de una gráfica publicada por Eliud Hernández en su proyecto “Análisis y diseño

Estructural utilizando el programa ETABS v9” (Hernandez, 2015), se logra determinar los

esfuerzos que corresponden a cada eje como se observan en la Tabla 22.

Ilustración 38. Dirección de los esfuerzos que actúan sobre un elemento en ETABS. Adaptado de: (Hernandez,

2015)



Tabla 22. Esfuerzos del muro.

Eje Local 11 Línea Roja S11 Esfuerzo lateral

Eje Local 22 Línea Verde S22 Esfuerzo compresión

Eje Local 12 Línea Azul S12 Esfuerzo a cortante

NOTA: Color al que corresponde cada Eje local para la identificación de los esfuerzos actuantes de los muros. Por

Bolívar J, 2020.

Una vez determinado los esfuerzos que soportan los muros, lo que se busca hacer es

compararlos con los esfuerzos máximos resistentes del muro determinados anteriormente, como

se muestra en la Tabla 23 y Tabla 24.

Tabla 23. comparación de esfuerzo a compresión resistente máximo del muro y esfuerzo a compresión al que está

sometido.

NOTA: Calculo del índice de sobre esfuerzo a compresión en los muros a partir de la relación de los esfuerzos

actuantes con el esfuerzo resistente máximo. Por Bolívar J, 2020.

Tabla 24 Tabla 24. comparación de esfuerzo cortante resistente máximo del muro y esfuerzo cortante al que está

sometido.

τ(cortante)

Esfuerzo

parte

superior

Esfuerzo

parte

inferior

DEMANDA

(Mpa) 0,067 0,069

CAPACIDAD

(Mpa) 0,600 0,600

ISE (%) 11,1% 11,4%

NOTA: Cálculo del índice de sobre esfuerzo a cortante en los muros a partir de la relación de los esfuerzos actuantes

con el esfuerzo resistente máximo. Por Bolívar J, 2020.

F'm

(compresion)

Esfuerzo

parte

superior

Esfuerzo

parte

inferior

DEMANDA

(Mpa) 0,06 0,06

CAPACIDAD

(Mpa) 3,4 3,4

ISE (%) 1,8% 1,9%

62



Las anteriores tablas nos permiten ver el índice de sobre esfuerzo de los muros al ser sometidos

a compresión y a cortante, la cual nos permite determinar que los muros pueden soportar los

esfuerzos a los que están sometidos debido a que estos no exceden su capacidad máxima de carga.

Para el análisis de los esfuerzos a tensión a los que están sometidos los muros, se plantea la

construcción de este sistema de muros gavión confinados mediante unas columnas y vigas bajo las

recomendaciones exigidas del título E de la norma sismo resistente (NSR-10), las cuales, dichos

elementos se diseñaron con secciones de 20x20 (cm) y de 20x25(cm) respectivamente (ver

Ilustración 34) donde estos elementos de confinamiento mediante la modelación en elementos

finitos se evidencio que cumplieron en su capacidad de cargas verticales (ver Ilustración 39).

Ilustración 39. Verificación de diseño para vigas y columnas. Por Bolívar J, 2020.



Otro análisis que se realizó para tener en cuenta los esfuerzos a tensión sobre los muros gavión,

fue la comparación entre los momentos actuantes y resistentes del modelo. Esto se realizó teniendo

en cuenta el diseño para vigas rectangulares.

Lo primero que se realizo fue la obtención de los momentos actuantes por medio de la

modelación en elementos finitos, las cuales se pueden evidenciar en la sección de anexos como

anexo 3 (ver Tabla 30).

Con la ayuda de la anterior tabla mencionada se obtiene el valor máximo del momento al que

está siendo sometido los muros gavión, el cual es 0,627 KN.m.

Una vez obtenido el momento actuante máximo del modelo, se procede a calcular el área de

acero mínimo requerido para la construcción de las canastas con malla electrosoldada de los

gaviones, las cuales a su vez aportaran resistencia a los gaviones ante los esfuerzos de tensión a

los que están sometidos. El área de acero fue determinada mediante la igualación del momento

actuante y el momento resistente, el cual es mostrado a continuación.

𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒

As: Área de acero de refuerzo longitudinal (m2).

Fy: Limite elástico (420000 Kpa).

H: Altura (0,5 m).

d’: Altura efectiva del acero (0,06 m).

Mact: Momento actuante (0,627 KN.m)

De la anterior ecuación, se despejo el área de acero para su respectivo calculo

Reemplazando los datos, el valor obtenido para el área de acero de refuerzo longitudinal fue de

0,08 cm2.

64



Una vez determinado el acero de refuerzo mínimo requerido, se plantea un área de acero paras

las mallas electrosoldadas que conforman las canastas de los gaviones. Lo anterior, teniendo en

cuenta las exigencias de la norma INVIAS.

De acuerdo a las dimensiones mínimas y máximas que permite la norma para el acero de las

mallas, se opta por barras calibre 10 (3,4 mm) con un área de 0,091 cm2 separadas a 10 cm en

ambos sentidos y un área de acero por metro lineal de 0,91 cm2.

Una vez obtenida el área de acero propuesta para la construcción de la malla de los gaviones se

procede a calcular el momento resistente de la siguiente forma:

Finalmente, al obtener el momento actuante y al momento resistente, lo que se hace es

hallar el índice de sobre esfuerzo para determinar si la estructura soporta los momentos a los

que está sometido la estructura.

Tabla 25. Índice de sobre esfuerzo

INDICE DE SOBRE ESFUERZO

M. resistente (KN.m) 7,245

M. actuante (KN.m) 0,627

ISE (%) 9%

NOTA: Cálculo del índice de sobre esfuerzo a partir de los momentos actuantes y el momento resistente máximo de

los muros. Por Bolívar J, 2020.

De acuerdo a el resultado anterior, se evidencia que la capacidad máxima de momento resistente

es suficiente para los momentos actuantes que están sobre los muros, ya que este llega solo al 9%

de su capacidad máxima.

Cuarta etapa: Análisis económico



En esta cuarta etapa se busca determinar el presupuesto necesario para la construcción de la

vivienda campesina con muros gavión mediante la realización de un APU (análisis de precios

unitarios) de un metro cubico de estos muros.

Para ello, se tuvo en cuenta el costo directo de los materiales para la construcción de los

gaviones determinado a partir de la empresa de ingeniería CYPE Ingenieros, S.A.

Teniendo en cuenta la anterior información, se procede a determinar el precio unitario de los

muros gavión para un metro cubico (ver Tabla 26).

Tabla 26. APU de muro gavión para un metro cubico.

PRESUPUESTO DE VIVIENDA CAMPESINACON

MUROS DE GAVIONES

ITEM N° Muro de Gaviones

3.1 UND m3

MATERIALES EN OBRA

DESCRIPCION UND VR. UND RENDIM VALOR ITEM

1 Caja de 1x0,5x2 de malla electrosoldada con alambre

galvanizado UND $56.982,00 1 $ 56.982,00

2 Cable de acero galvanizado de 2mm M $2.110,00 6 $ 12.660,00

3 Puntilla acero 2" KG $2.464,00 0,5 $ 1.232,00

4 Tablón madera 20x7,2 cm M $8.320,00 2 $ 16.640,00

5 Canto rodado seleccionados de 10 a 20 cm M3 $73.814,00 1 $ 73.814,00

Sub total $ 161.328,00

EQUIPO

DESCRIPCION UND TARIFA HORA RENDIM VALOR ITEM

1 Herramienta mayor JGO $350,00 5,00 $70,00

2 Herramienta menor JGO $350,00 5,00 $70,00

Sub total $ 140,00

MANO DE OBRA

TRABAJADOR CANT SALARIO

HORA

RENDIM VALOR ITEM

1 CUADRILLA 06; 1O+1A 1 $ 21.288,58 5,00 $ 4.257,72

Subtotal $ 4.257,72

TOTAL $ 165.725,72

NOTA: Valor total en pesos colombianos para la construcción de 1 metro cubico de muro de gavión, teniendo en

cuenta los materiales, equipos y mano de obra. Por Bolívar J, 2020.

66



Finalmente se muestra el presupuesto para la realización de esta vivienda, donde las actividades

que se tuvieron en cuenta para la realización de este fueron: Actividades preliminares, movimiento

de tierras, estructuras y carpintería metálica, donde el precio de la estructura construida con

gaviones fue de $25.202.265,86.

Tabla 27.Presupuesto

ITEM ACTIVIDAD

UND CANT VALOR

UNITARIO

TOTAL

1.0 Actividades preliminares

1.1 Localizacion geografica del terreno GB 1 $ 400.000,00 $ 400.000,00

1.2 campamento de madera y laminas de zinc M2 10 $ 63.987,46 $ 639.874,63

1.3 descapote, profundidad promedio 30 cm M2 13,8 $ 3.463,48 $ 47.795,99

1.4 replanteo, alineacion y nivelacion de las obras M2 13,8 $ 11.826,94 $ 163.211,78

2 Movimiento de tierras

2.1 Excavaciones manuales, menores a 1 metro de

profundidad M3 15,98 $ 50.871 $ 812.919

2.2 Cargue manual y retiro de escombros a 5 kilometros M3 15,98 $ 13.750 $ 219.725

3 Estructuras

3.1 GAVION

1x2x0.5/10x10/3,4mm,C13.Recubri.Zn(260gr/m2) M3 55,16125 $ 165.726 $ 9.141.638

3.2 Concreto para Vigas de cimentacion en concreto F'c

21 Mpa (50x50) ML 37,05 $ 39.237 $ 1.453.731

3.3 Concreto ciclopeo para vigas de 50x50 ML 37,05 $ 94.976 $ 3.518.861

3.4 Concreto para columnas 20x20 ML 56 $ 20.615 $ 1.154.440

3.5 Concreto para vigas aereas 20x25 ML 44,35 $ 26.640 $ 1.181.484

3.6 Acero para las vigas de cimentacion (incluye

armado) Kg 839,94 $ 2.800 $ 2.542.170

4 Carpinteria metalica

4.1 Ventaneria metalica, inc. Instalacion M2 5,05 $ 207.300 $ 1.046.865

4.2 Puerta lamina/ marco metalico, inc. Inst. a= 0,8

metro M2 5,04 $ 160.820 $ 810.533

4.3 Estructura metalica de cubierta, correas en tubo rect. ML 32 $ 8.614 $ 275.648

4.4 cubierta en teja de fibro cemento, incluye instalacion M2 41,96 $ 42.740 $ 1.793.370

$ 25.202.265,86

NOTA: Costo total en pesos colombianos para la construcción de una vivienda campesina con muros de gavión. Por

Bolívar J, 2020.



Quinta etapa: Materiales y proceso constructivo de acuerdo a las especificaciones técnicas

de la norma INVIAS

Finalmente, se opta por la realización de una quinta etapa donde se busca realizar el proceso

constructivo de los muros de gavión.

Materiales

Previo a la realización del proceso constructivo, a continuación, se muestran los materiales

requeridos para la construcción de este proyecto.

• Canastas metálicas

Estas serán realizadas con malla electrosoldada de calibre 10 con espaciamiento de 10 cm en

ambos sentidos, las canastas tendrán dimensiones de 1 metro de altura, 0,5 metros de ancho y la

longitud será de 2 metros mínimo (H – W – L) (ver Ilustración 40), cabe resaltar que la soldadura

de la misma se recomienda realizar bajo las exigencias de la norma ASTM A185.

De acuerdo a las normas y especificaciones de INVIAS 2012, donde clasifican a las canastas

metálicas de acuerdo a su recubrimiento (ver Tabla 28), se opta por gaviones con canastas

metálicas clase 3, debido a que la soldadura genera desgaste del zinc en los puntos de soldado y

esto a su vez lo hace susceptible de corrosión en las uniones, entonces, el PVC ayuda a mitigar

dicha falencia.

Tabla 28. Clases de canastas metálicas

NOTA: Selección de la clase de canasta metálica de acuerdo al tipo de recubrimiento. Adaptado de: (INVIAS, 2012)

68



Ilustración 40. Dimensionamiento de la canasta metálica con malla electrosoldada. Adaptado de: (Malla Rapid S.L,

s.f.)

La cantidad de recubrimiento metálico y de PVC serán tenidos en cuanto bajo lo establecido

por la norma INVIAS en el capítulo 6 articulo 681 numeral 681.2.1.3.3 y 681.2.1.3.4 (INVIAS,

2012).

• Material de llenado

La norma por lo general permite dos tipos de relleno que son: canto rodado o piedras trituradas.

Para este proyecto se opta por la utilización de canto rodado las cuales deberán tener un tamaño

de entre 10 a 20 cm (4” – 8”) de acuerdo al reglamento INVIAS en la tabla 681-8 donde mencionan

las características que debe tener el material granular para el relleno de gaviones (INVIAS, 2012).

Proceso constructivo

• Paso 1 Preliminares

Previo a la construcción de los gaviones, se da inicio a los trabajos de excavación con el objetivo

de adecuar el terreno y construir la cimentación, teniendo en cuenta las cotas especificadas por el

plano y que los gaviones queden enterrados máximo 1 metro.

• Paso 2 Instalación de canastas

Se instalarán las canastas completamente vacías y ensambladas sobre la superficie preparada.

Las canastas metálicas de los gaviones tendrán que ser amarradas por los paneles que la conforman

por medio de las cuatro aristas en contacto.



Previo al llenado las mallas tendrán que ir amarradas entre si a lo largo de las aristas en contacto

de forma vertical y horizontal, y para poder lograr una mejor terminado de la malla, se procederá

a tensarlas con algún tipo de palanca para facilitar su llenado. Cabe resaltar, que será necesario la

instalación de formaleta en las caras que no esté en contacto con otros gaviones.

• Paso 3 Llenado de las canastas

Para el llenado de las canastas, se deberá ejecutar de manera manual, asegurándose de que las

piedras de mayor tamaño se coloquen en los bordes del gavión, distribuyéndose de manera que

queden lo más compactadas posibles, logrando que las de menor tamaño queden en el centro de

este, para lograr una adecuada compactación, las piedras serán apisonadas por capas de 30 cm y

no deberá haber espacios en la superficie de la canasta.

Para evitar la deformación de las canastas al momento del llenado, se deberán colocar tirantes

internos de forma vertical, horizontal y diagonales para lograr que los paneles opuestos a las

canastas sean solidarios (ver Ilustración 41),

Ilustración 41. Instalación de las tirantes. Adaptado de: (Secretaria de infraestructura, 2020)

• Paso 4 Sellado y estabilización de los gaviones

70



Al terminar el proceso de relleno, se deberá colocar la tapa de la canasta y coserla a los

diafragmas y a los bordes de la base. Estas costuras deben ser de forma continua donde atraviesen

las mallas con el alambre, alternativamente con una vuelta simple y una doble.

Una vez sellado las canastas de los gaviones, se deberán amarrar unos con otros con el objetivo

de que lograr una mejor estabilidad al formarlos como un solo cuerpo. Dichos amarres, deberán

ser lo suficientemente resistentes y apta para soportar fuertes solicitaciones y deformaciones.

A continuación, se muestra de forma esquemática un resumen sobre lo anteriormente dicho.

Ilustración 42. Proceso de construcción del gavión. Adaptado de: (Secretaria de infraestructura, 2020)



Resultados e impactos esperados

Resultados

Tabla 29. Resultados esperados.

Resultado Indicador Objetivo Relacionado • Propuesta de modelo

arquitectónica de vivienda con

muros en gavión Modelo arquitectónico a través del

software AutoCAD y SketchUp Objetivo específico 1

• Determinación de las propiedades

mecánicas del gavión. Informe Objetivo específico 2

• Modelación en elementos finitos

de vivienda con muros en gavión. Modelación a través de software

ETABS Objetivo específico 3

• Análisis y conclusión de los datos

obtenidos. Informe Objetivo específico 4

• Sistema de vivienda

técnicamente y económicamente

viable

Informe Objetivo específico 5

NOTA: Descripción del proceso de cumplimiento de objetivos. Por Bolívar J, 2020.

Impactos

Tabla 30. Impactos esperados

IMPACTO ESPERADO CATEGORIA PLAZO/TIEM PO

1. Cambio de actitud por parte de la comunidad frente a la utilización e

implementación de técnicas vernáculas, actualmente estigmatizadas. Social

Mediano plazo (2

años). 2. Apropiación del conocimiento por parte de la comunidad estudiantil

con la socialización de resultados. Curricular

Mediano plazo (2

años). 3. La USTA Villavicencio podrá escalar esta investigación a un nivel

nacional e internacional, lo que dará lugar a la continuidad del proyecto,

y su aplicación, no solo en el país, sino también en el exterior. Curricular

Mediano a largo

plazo (2 a 5 años).

4. Los resultados de este proyecto conseguirán contribuir con los planes

de desarrollo locales, en los cuales en los cuales se plantea una línea

estratégica orientada a la producción y mejoramiento del hábitat rural.

Ambiental y

social Mediano a largo

plazo (2 a 5 años).

NOTA: Descripción de los impactos esperados dentro de las categorías. Por Bolívar J, 2020.

72



Conclusiones

• El modelo arquitectónico diseñado, se desempeñó con el objetivo de suplir las

necesidades básicas de vivienda para una familia campesina en la región de los llanos

orientales.

• La estructura de muros gavión sin un sistema de confinamiento estructural genera que

el análisis sísmico en las derivas obtenga desplazamientos laterales mayores al 1%, es por

ello que se recomienda siempre optar por elementos estructurales que generen

confinamiento en los muros gavión.

• El análisis sísmico que se realizó al sistema de muros confinado, permitió evidenciar

su debido cumplimiento bajos las exigencias de la norma sismo resistente de Colombia

(NSR-10).

• El análisis realizado sobre la comparación de esfuerzos máximos resistentes y

esfuerzos máximos que soportan, nos indica que el muro no llega a su capacidad máxima

de resistencia y por ende esto quiere decir, que el proyecto es técnicamente viable por su

capacidad estructural.

• Al determinar el presupuesto de construcción de la vivienda con muros gavión, se

evidencia la disminución de costo a la hora de compararlo con una vivienda construida

con materiales convencionales, esto quiere decir que el proyecto es económicamente

viable.

• Este proyecto logra un aporte de información técnica en las investigaciones realizadas

sobre el comportamiento de estos como muros de viviendas.

• El proyecto se puede plantear como una propuesta para la construcción de viviendas

de interés social (VIS).

• Al ser una vivienda de bajo costo esto permite una mayor oportunidad de alcance para

las poblaciones de escasos recursos.



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76



Anexos

Anexo 1.

En este apartado se muestran los diferentes estudios de suelos investigados que se han hecho

en varias zonas de la ciudad de Villavicencio, las cuales incidieron en este proyecto para la toma

del tipo de suelo correspondiente a la investigación realizada.

Ilustración 43. Determinación del tipo de suelo. Adaptado de: (Civil Control S.A.S, 2020).



Ilustración 44. Determinación del tipo de suelo. Adaptado de: (Ingegar Ingenieria S.A.S, 2015)

78



Ilustración 45 Determinación del tipo de suelo. Adaptado de: (CIVILLAB INGENIERIA S.A.S, 2018)

Anexo 2

Tabla 31. Valores de esfuerzos a los que están sometidos los muros gavión.

Design

Type

Load

Case/Combo

S11

Arriba

S22

Arriba

S12

Arriba

S11

Abajo

S22

Abajo

S12

Abajo

kN/m² kN/m² kN/m² kN/m² kN/m² kN/m²

Wall Envolvente Max 10,59 32,88 31,85 10,95 33,52 31,97




Wall Envolvente Min -11,42 -35,03 -30,16 -12,21 -38,33 -30,27

















































80









Wall Envolvente Max 9,6 28,34 29,53 9 27,27 29,71











Wall Envolvente Min -27,07 -32 -34,38 -26,11 -29,59 -36,82

Wall Envolvente Min -20,83 -14,5 -20,55 -19 -9,91 -22,73





Wall Envolvente Max 12,78 41,19 23,44 12,04 41 25,03



Wall Envolvente Min -3,5 -24,59 -49 -3,21 -23,05 -51,35









Wall Envolvente Min -8,38 -24,76 -22,62 -8,46 -25 -22,56





















Wall Envolvente Max 9,69 32,84 2 9,73 33,09 2,84

Wall Envolvente Max 7 29,08 20,59 7,03 29,56 22,56


Wall Envolvente Min -18 -60,09 -5,09 -17,3 -57,18 -4,3



Wall Envolvente Min -19,3 -59,58 -21,63 -19,63 -56,57 -22




















Wall Envolvente Max 10,06 32,1 13,03 11,29 35,86 13






82




















































Wall Envolvente Max 9,7 33,11 2 9,78 33,3 2,64

































Wall Envolvente Max 10,96 8 11,78 10,47 7,3 13,19






84

























































Wall Envolvente Max 2,1 20,59 26,96 2 20,47 25,27


































86




Wall Envolvente Min -8,82 -26,18 -18 -7,89 -23,09 -18,61























































































88









Wall Envolvente Max 8,88 30 3,93 9,72 32,69 3,84















NOTA: Por Bolívar J, 2020.

Anexo 3

Tabla 32. Valores de momentos en ambos sentidos respecto al eje 11

Design Type

Load Case/Combo

M11(kN-m)

Wall Envolvente Max 0,463




Wall Envolvente Min -0,472





















































90























































































92























































































94























































































96























































































98



































Wall Envolvente Min -0,287 NOTA: Por Bolívar J, 2020.

Documents

JULIÁN SANTIAGO BOLÍVAR GUTIÉRREZ