Características de piezas sólidas y huecas

LA MAMPOSTERÍA
ESTRUCTURAL
EN MÉXICO
Roberto Meli
Instituto de Ingeniería
Universidad Nacional Autónoma de México
TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN
MÉXICO. ÉPOCA PREHISPÁNICA
•
•
Principalmente
construcción masiva
Pocas
construcciones con
estructura elaborada
sobreviven
El Gran Arco Maya de
Labná. Yucatán. Clásico
tardío. 600-900 d.c.
TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN
MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL TEMPRANA
• Construcción
temprana, tipo
fortificación
El convento de Izamal,
Yucatán, Siglo XVI
TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN
MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL
• Miles de edificos
religiosos y
civiles
• Construcciones
más atrevidas
Iglesia parroquial de un
pequeño poblado de
Jalisco
TRADICIÓN DE MAMPOSTERÍA
EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL
• Empleo de
mampostería en
arcos, bóvedas y
cúpulas.
Convento de Santo
Domingo en Oaxaca
CONTINUACIÓN DE LA TRADICIÓN
DEL EMPLEO ESTRUCTURAL DE LA
MAMPOSTERÍA
• Actualmente el
empleo se ha
concentrado en los
muros de carga
• Subsisten casos
aislados de
aplicaciones en
techos
Casa habitación en México D.F.
Arq. Alfonso Ramírez
EDIFICACIÓN TRADICIONAL DE
MAMPOSTERÍA
• Los sistemas de
piso
no
forman
diafragma,
no
restringen el volteo
de los muros y no
permiten
dar
continuidad a la
estructura
SISTEMA DE PISO TRADICIONAL, NO
MONOLÍTICO
TECHO QUE NO FORMA DIAFRAGMA.
EMPUJE FUERA DEL PLANO
FALLA DE EDIFICIO SIN
PISO-DIAFRAGMA
Volteo
Volteo de
de la
la parte
parte
central
central de
de muros
muros
Grietas
Grietas por
por
tensión
tensión
diagonal
diagonal
Caída
Caída del
del
sistema
sistema de
de piso
piso
m u ro
muro
• Ligada a la evolución
de los techos
• Del techo de viguería
o bóveda, a la losa de
concreto
• La losa permite una
liga con los muros
• Lleva a usar concreto
también en castillos y
dalas, o sea a la
mampostería
confinada
muro
EVOLUCIÓN DE LA
MAMPOSTERÍA EN MÉXICO
l
a
s
o
EDIFICIO DE VIVIENDA DE
MAMPOSTERÍA CONFINADA
• La
solución
más
común para vivienda
unifamiliar
• Hasta cinco pisos
• Buen
desempeño
sísmico
y
ante
asentamientos
diferenciales
FUNCIÓN DEL REFUERZO EN LA
MAMPOSTERÍA CONFINADA
• Primariamente: ligar, dar continuidad
• Confinar los muros para evitar su falla frágil
• Dar alguna resistencia a flexión
• No es su función aumentar la resistencia a
cortante
EDIFICIO DE MAMPOSTERÍA
CONFINADA
MAMPOSTERÍA CONFINADA.
DETALLE DE REFUERZO EN
HUECOS
EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA
EN ZONAS NO SÍSMICAS
• Edificio para vivienda
de 17 pisos en
Basilea, Suiza
• Ladrillo de barro de
30 cm de espesor
EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA
EN REGIONES DE ALTA SISMICIDAD
Edificio de ocho pisos
de mampostería
reforzada en San
Diego, California
MAMPOSTERÍA CON REFUERZO
INTERIOR EN MÉXICO
• En otros países
se desarrolla a
partir
de
los
criterios para el
concreto
reforzado
• En México se
deriva
de
la
mampostería
confinada.
• La finalidad es
ocultar
los
refuerzos
s
≤
3 0 0
m m
P L A N T A
EVOLUCIÓN DE LAS PIEZAS
PARA MAMPOSTERÍA
• Evolución lenta
• Poco a poco está
desapareciendo el
“tabique” artesanal
• Difusión de ladrillos
industrializados de
bajo costo
• Disminución de
dimensiones
PRINCIPALES ESTUDIOS
EXPERIMENTALES
• Propiedades de las piezas y morteros
• Propiedades básicas de la mampostería
• Comportamiento de muros con distintas
características
• Comportamiento de sistemas estructurales
PROPIEDADES DE PIEZAS Y
MORTEROS
• Ensayes para
determinación de
valores
representativos y
dispersión
• Primero en la Cd. de
México, después en
otras regiones
CARACTERÍSTICAS DE PIEZAS
HUECAS
pared interior
espesor ≥ 13 mm
área bruta
pared exterior
espesor ≥ 15 mm
área neta
altura de
la pieza
longitud de
la pieza
celda
espesor de
la pieza
área bruta
área neta
a) Piezas huecas
perforación
espesor
≥ 15 mm
espesor
≥ 7 mm
b) Ejemplos de piezas multiperforadas
≥ 0.5
PROPIEDADES MECÁNICAS
BÁSICAS
• Desarrollo de
métodos de prueba
carga
• Pruebas en
compresión en pilas
altura
pieza
• Pruebas de
compresión diagonal
en muretes
mortero
espesor
carga
• Relación con
propiedades de
componentes
PRUEBA DE COMPRESIÓN
DIAGONAL
• Básica para estimar
resistencia a cortante
carga
altura
• Relación con esfuerzo
de agrietamiento
diagonal en muros
• Determinación de
valores normativos
altura ≈ longitud
longitud
(2.8.2.1)
carga
PRUEBAS DE MUROS ANTE
CARGAS LATERALES
• Ensayes típicos ante
ciclos de cargas
laterales alternadas
• Muros en voladizo y
ante compresión
diagonal
• Variables: relación de
forma, carga axial,
refuerzo
ENSAYES DE MUROS DE
MAMPOSTERÍA REFORZADA
CARACTERÍSTICAS DE LOS
CICLOS DE HISTÉRESIS
• Disipación de
energía
Carga
lateral
envolvente
Ejemplo de
curva de histéresis
• Estabilidad
Distorsión, θ
• Degradación
RESULTADOS BÁSICOS DE LA
CURVA ENVOLVENTE
C a rg a la te ra l
• Carga de
agrietamiento
diagonal
C a rg a
≥ 0 .8R m á x
2 º ciclo
R m áx ≤ λ R
λR ≥R a
R m áx
R m áx ≥ R
0.8 R m áx
• Carga máxima
• Distorsión de
agrietamiento
0
0
0 .0 0 6 ó
0 .0 0 4
• Distorsión a la falla
(A .8 .1)
θR m áx ≤
0 .0 0 6 p a ra p ie za s m acizas
0 .0 0 4 p a ra p ie za s h u e ca s
θ
RESULTADOS DE ENSAYES DE
MUROS DE PIEZAS HUECAS
• Muros de ladrillo
hueco con bajas
cuantías de refuerzo
interior
• Comportamiento frágil
RESULTADOS DE ENSAYES DE
MUROS DE PIEZAS SÓLIDAS
• Muros de
mampostería
confinada de ladrillos
sólidos
• Presentan mayor
ductilidad y disipación
de energía
ENSAYES DE MUROS
ACOPLADOS
• Efecto del
acoplamiento
• Rigidez
• Relación flexióncortante
• Comprobación de
modelos de
análisis
CONFIGURACION DE
AGRIETAMIENTO
ESPÉCIMEN WBW-E
ESPÉCIMEN WBW-B
Fuerza cortante, kN
600
Agr
300
0
-300
Agr
-600
-0.015 -0.01 -0.005
0
0.005
0.01
Distorsión angular, mm/mm
0.015
PRUEBA DE EDIFICIO DE DOS
PISOS
• Comprobación de
resultados en muros
aislados
• Comprobación de
modelos de análisis
EFECTO DEL REFUERZO EN EDIFICIO
DE DOS PISOS
• Modelo 3D-R
reforzado con
malla
PRUEBAS EN MESA VIBRADORA
• Pruebas en
vivienda de adobe
• Pruebas en
modelos de
mampostería de
ladrillo
EVOLUCIÓN DE LA NORMATIVA
• Normas derivadas de una sistematización de la
práctica establecida
• Principalmente reglas empíricas
• Comprobadas y ampliadas con un amplia base
experimental
• Ajustadas al formato general de las normas
mexicanas
• Norma Técnica Complementaria recientemente
actualizada, tomando en cuenta ensayes recientes
y nuevas modalidades de refuerzo
MAMPOSTERÍA CONFINADA
dala en pretiles
≥ 500 mm
separación
de dalas
3m
(5.1.1.b)
losa
castillos en
pretiles
(5.1.1.a)
H
dala en todo
extremo de muro
y a una distancia
no mayor de 3 m
(5.1.1.b)
refuerzo en el
perímetro de
aberturas
(5.1.3)
castillos en intersección
de muros (5.1.1.a)
MAMPOSTERÍA CONFINADA.
REQUISITOS DE UBICACIÓN DE
CASTILLOS
t ≥ 100 mm (5.1.4)
castillos en
extremos de muros
e intersecciones
PLANTA
H
≤ 30 (5.1.4)
t
4m
separación
≤
de castillos
1.5H
(5.1.1.b)
MAMPOSTERÍA CONFINADA.
REFUERZO EN HUECOS
Refuerzo en
aberturas si >
dimensión
¼ separación
de castillos
600 mm
separación de castillos
abertura que no
requiere refuerzo
separación de castillos
MAMPOSTERÍA CON REFUERZO
INTERIOR
Asv
H
≤ 30
t
(6.1.1)
(6.1.7)
t ≥ 100 mm
(6.1.7)
Ash
(6.1.1)
sh
sv
t
REFUERZO INTERIOR
junta de mortero
pieza
hilada
Ash
espesor de juntas ≥ 6 mm
sh ≤
6 hiladas
10 mm, mecanizada
espesor
≤ 15 mm, artesanal
de junta
600 mm
(5.4.3.2 y
6.4.3.2)
(sin refuerzo, 9.2.2.1)
12 mm, mecanizada
espesor
≤
de junta
15 mm, artesanal
refuerzo horizontal
(con refuerzo, 9.2.2.1)
ELEVACIÓN
≥
db
10 mm
(3.3.4.3)
3.5 mm ≤ db ≤ ¾ espesor de junta
(3.3.2.2)
DETALLES DE APAREJO
rellenar ambas celdas
(9.2.2.3)
refuerzo o ductos
pieza hueca
pieza multiperforada
refuerzo o ducto
relleno
de celdas
nivel de colado
si se interrumpe
la construcción
(9.2.2.3)
aparejo en forma
cuatrapeada (9.2.2.2)
MÉTODOS DE ANÁLISIS Y
DISEÑO
Los dos extremos:
• Métodos muy simplificados: hipótesis burdas,
reglas geométricas
• Métodos muy refinados: modelación
tridimensional, elementos finitos,
comportamiento elástico lineal, continuidad
MÉTODO SIMPLIFICADO PARA
DISEÑO POR CARGAS
VERTICALES
• Se ignora la flexión fuera del plano
• Determinación de carga vertical por unidad de
longitud de muro
• Fórmula simplificada para determinar la
resistencia, con reducción por esbeltez y
excentricidad
MÉTODO SIMPLIFICADO PARA
DISEÑO POR SISMO
• Se aplica a edificios bajos, regulares y simétricos
• Determinación directa del cortante basal
• Determinación directa del cortante resistente,
como suma de la resistencia de todos los muros
en la dirección de análisis
• Se ignoran los efectos de torsión y no se diseña
por flexión en el plano
COMPORTAMIENTO ANTE
CARGAS LATERALES
LIMITACIONES DEL MÉTODO
SIMPLIFICADO
• Sólo considera falla por cortante
• Permite que se coloque sólo un refuerzo mínimo
por flexión
• No consideran diferencias de rigidez de los
muros
• Las hipótesis son muy debatibles para edificios
de varios pisos
ANÁLISIS REFINADO
• Comportamiento tridimensional
• Modelos de columna ancha
• Modelos de elementos finitos
• Problemas de no linealidad y de continuidad
MODELO DE COLUMNA ANCHA
• Considera el
acoplamiento
• Vigas ficticias
infinitamente
rígidas
Elementos
con rigidez
infinita
Rigidez del
muro
ANÁLISIS POR ELEMENTOS
FINITOS
• Modelo tridimensional
• Elementos placa
• Limitaciones
muro
muro
muro
ACOPLAMIENTO DE MUROS
a
s
o
l
tlosa
ancho equivalente
losa con
trabe o dala
4tlosa
4tlosa
MUROS DIAFRAGMA
• Rigidizan marcos
flexibles de concreto o
acero
• Importante
contribución a la
resistencia y rigidez a
cargas laterales
• Cuidar asimetrías y
discontinuidades
¼H
H
VR,columna
Carga
VR,columna
VR,columna ≥ ½Carga
¼H
MUROS DIVISORIOS
Solución 1
elementos
para evitar
el volteo
Solución 2
t ≥ 100 mm
CORTE
castillos o refuerzo interior
TENDENCIAS ACTUALES
• Piezas industrializadas
• Refuerzo con alambres de
acero de alta resistencia
• Elementos de refuerzo de acero
prefabricados
• Edificios de cinco pisos en
zonas urbanas, con cambio de
estructuración en planta baja
• Combinación de muros de
mampostería y de concreto
• Edificios de dos pisos en
zonas suburbanas
TENDENCIAS ACTUALES.
MATERIALES Y SISTEMAS
• Desarrollo de piezas especiales para
mampostería confinada con refuerzo oculto y
para mampostería reforzada.
• Refuerzo horizontal en mampostería confinada
• Mejoras en los requisitos normativos para
refuerzo de castillos y dalas
• Empleo de morteros reforzados con fibras
NECESIDADES DE MEJORAS.
DISEÑO
• Uso de métodos refinados de análisis
• Adaptación y racionalización de métodos
simplificados
• Procedimientos más racionales para cálculo de la
resistencia (considerando el refuerzo)
• Normativas específicas para construcciones de
pequeñas dimensiones. Vivienda de interés
social
NECESIDADES DE
INVESTIGACIÓN
• Desarrollar procedimientos de refuerzo más
efectivos y fáciles de colocar
• Mejorar detallado de refuerzo en
mampostería confinada y reforzada
• Orientar las nuevas soluciones a muros
aparentes