edificios altos de mamposteria definitiva

7/14/2019 Edificios Altos de Mamposteria Definitiva

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Edificios Altos de

Mampostería

Amador Terán GilmoreAmador Terán Gilmore

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralToma de Protesta Nueva Mesa Directiva

Delegación Estado de México



Antecedentes Antecedentes



¿Por que construir edificios altos de mampostería?



Las experiencias previas hacen necesario ser cuidadosos en el caso

que se aspire lograr la verticalización de la vivienda a través de

sistemas estructurales de mampostería confinada.



IntroducciónIntroducción



El nivel de daño que sufren los elementos estructurales y no

estructurales dependen de los valores que adquiere durante el

sismo el desplazamiento lateral. Un menor nivel de respuesta

implica menor nivel de daño.

daño = f (comportamiento no lineal)



En términos de entender que es lo que hay que hacer para diseñar

edificios de mampostería que no se conforman a lo planteado

hasta el momento, es necesario modelar el rango no lineal de

comportamiento de sus muros estructurales. Lo anterior permite

entender como evoluciona el daño en el sistema estructural, yhace posible establecer medidas enfocadas a estabilizar su

comportamiento ante cargas laterales.



La envolvente de comportamiento histerético (curva de

capacidad) permite caracterizar el comportamiento no lineal delos elementos de mampostería.

-60

-40

-20

0

20

40

60

-0.01 -0.005 0 0.005 0.01DISTORSIÓN (cm/cm)

C O R T A N T E B A S A L

( T o n )

Ciclos histeréticosde carga.

Envolvente decomportamientohisterético.

V máx

V agr

V ult

DI agr DI máx DI ult

K 0

Agrietamiento del murola mampostería.

Cortante máximo en elmuro de mampostería.

Cortante último en elmuro de mampostería.

Las propiedades utilizadasen el análisis, son tomadas de

muros aislados

Envolvente decomportamiento

histerético.

Corte

Mampostería Confinada sinRefuerzo Horizontal.

RDF agr V V =

H K

V DI agr

agr

0

=

agr maxV V 25.1= 003.0=

max DI

agr u V V 8.0=

005.0=u DI

El uso de refuerzo horizontal

puede llegar a duplicar la

capacidad de deformación

lateral de la mampostería.



a) Primer agrietamiento diagonal.

Carga lateral

Carga vertical

Carga lateral

Carga vertical

b) Degradación de rig idez.

c) Degradación de r igidez y de resistencia.

Carga vertical Carga vertical

d) Falla del muro.

Carga lateral Carga lateral

Puntos de cambio en la envolvente delimitan diferentes etapas de

comportamiento y de nivel de daño, y por tanto son la base paraestablecer umbrales de desplazamiento.

OI SV

PC? ???

0.003-0.006



Desarrollos RecientesDesarrollos Recientes



h

h

h

3h

Sección con las propiedades de

los muros.

Seccióninfinitamente

rígida a flexióny a corte.

Estructura de mampostería confinada Modelo de la columna ancha

Sección deviga que

considera lacontribución

de la losa



h

h

h

3h


los muros.




Sección deviga que


de la losa

Modelo

modificado de la

columna ancha



Es posible utilizar software comercial para este tipo de modelado.



V bas

DI (%)

V bas

DI (%)

V bas

ARTICULACIONES CON LAS PROPIEDADES A CORTE DE LA MAMPOSTERÍA

DI (%)

F

α F

a) Primer agrietamiento diagonal.

Carga lateral

Carga vertical

Carga lateral

Carga vertical

b) Degradación de rigidez.

c) Degradación de rigi dez y de resistencia.

Carga vertical Carga vertical

d) Falla del muro.

Carga lateral Carga lateral

El modelo permite asociar directamente las demandas no lineales

de los muros con una patrón de grietas y nivel de daño.



Modelo 1:2 (Arias y Alcocer)



0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025

1

23

45

6

7

8

V b /W

δ1 (m)

Curva de capacidad y evaluación del nivel de daño

(1.8g)

(2.5g)

(2.2g)

(1.6g)



Ubicación del Daño: ¡Planta baja débil!



0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

δ (cm) DI

Entrepiso Entrepiso

¡Acumulación de

deformación y por

tanto de daño!

25%

80%



Cambio de EnfoqueCambio de Enfoque



Distorsión

La inestabilidad ante cargas laterales que los muros robustos de

mampostería exhiben a distorsiones bajas hace que sea necesario

buscar otra forma de aportar resistencia lateral a un edificio alto de

mampostería.



Considere para la Zona de Transición del Distrito Federal lasdemandas de distorsión para dos edificios regulares: uno de cinco

pisos y el otro de quince pisos. Para el ejemplo el periodo de los

edificios se estima como el número de pisos entre 10.

0

5

10

15

20

25

30

0 1 2 3 4

T (seg)

Sd (cm)

..

. 0.0035

.

. 0.0094

En caso de que se forme un piso blando, las demandas de distorsión

correspondientes a la planta baja pueden fácilmente duplicarse o

triplicarse con respecto a los valores anteriores.



Un incremento en la relación de aspecto de un muro de

mampostería resulta en que su falla deje de caracterizarse por un

mecanismo regido por corte. Un buen diseño y detallado resulta

en que muros con relación de aspecto de dos o mayores puedandesarrollar un comportamiento no lineal de importancia

dominado por efectos de flexión.



Priestley y Elder 1982

¡Sección planapermanece plana!

CompresiónCompresión

CompresiónCompresión

Diseño adecuado

a corte



Las pruebas llevadas a caboa nivel internacional

muestran que un buen

diseño y detallado resultan

en que muros con relación

de aspecto de dos o

mayores puedan desarrollar

un comportamiento no

lineal estable a distorsiones

relativamente altas. Loanterior sugiere que el uso

de muros esbeltos haría

posible el diseño de

estructuras altas de

mampostería con respuesta

estable ante cargas

laterales.

0.010.01

V

M p

V

M p

V R ≥ 2M p /H



h

h

h

3h


los muros.




Sección deviga que


de la losa

Δ

V

Δag Δu Δr

Vag

VuVr

Resorte no-lineal a corte

ϕ

M

ϕy ϕu

MyMu

Resorte no-lineal a flexión

Modelo re-

modificado de lacolumna ancha



EjemploEjemplo



Se consideró un edificio de diez pisos estructurado con base enmuros de mampostería confinada. Cada piso tiene 3 metros de

altura, lo que resulta en una altura total de 30 metros. El edificio,

que exhibe regularidad estructural , se destina a alojar un hotel, y se

le considera ubicado en la Zona de Transición del Distrito Federal.

Pasillo

Dirección crítica

Fachada



El diseño del edificio solo fue posible al

considerar una mampostería de altaresistencia.

Opción

Propiedades Mecánicas Dimensiones EstructuraciónE m

(MPa)

E c

(MPa)

f*m

(MPa)

ν *

m

(MPa)

f *c

(MPa)

t mm

(mm)

t mc

(mm)

t losa

(mm)

1.1 3138.13 ----------- 6.86 0.49 --------- 150 -------- 120 Sin muros de

concreto,

losas macizas1.2 3138.13 ----------- 13.73 0.98 --------- 150 --------- 120

2.1a 3138.13 237798.66 6.86 0.49 29.42 150 200 120 Con muros de

concreto paralelos a ladirección corta hasta

el sexto nivel, losas

macizas

2.2a 3138.13 237798.66 13.73 0.98 29.42 150 200 120

2.1.b 3138.13 237798.66 6.86 0.49 29.42 150 200 120 Con muros de

concreto paralelos a la

dirección larga entodos los entrepisos,

losas macizas

2.2.b 3138.13 237798.66 13.73 0.98 29.42 150 200 120

3.1 3138.13 -------------- 6.86 0.49 --------- 200 -------- 120 Sin muros de

concreto, losas

macizas3.2 3138.13 -------------- 13.73 0.98 --------- 200 -------- 120

4.1 3138.13 -------------- 6.86 0.49 --------- 150 --------- 120 Sin muros de

concreto, losas

macizas4.2 3138.13 -------------- 13.73 0.98 --------- 150 --------- 120

2 0

2 0

2 0

20

4 0



Para el análisis por sismo se adoptaron las especificaciones de las

NTCDS del RCDF. Bajo la consideración de un comportamiento

dominado por flexión en los muros, se adoptó un Q de 2. Dado

que la distorsión máxima de entrepiso para muros esbeltos de

mampostería es mayor que los valores considerados por lasNTCM, no se revisaron las distorsiones de entrepiso durante el

diseño del edificio.



En términos de resistencia, a nivel global se revisaron los

requerimientos de cortante basal mínimo, y a nivel local, la

resistencia a flexo-compresión y corte para cada muro. El diseño

por resistencia se hizo conforme a los requerimientos de las NTC

del RCDF. Por cuestiones económicas, se limitó la cuantía de acero

horizontal de los muros a 0.001.

227

2 0

20

512



El periodo en la dirección larga del edificio resultó de 0.8

segundos. Mientras los muros orientados en la dirección corta y

aquellos que forman los pasillos en la dirección larga trabajan

como grandes vigas en voladizo, los muros y pretiles ubicados en

las fachadas de la dirección larga trabajan como marcos.

V

V

V

V

V

Altura

MomentoV V V V V

V V V V V

V V V V V

V V V V V

V V V V V

Altura

Momento



Modificaciones al

Diseño Original

Modificaciones al

Diseño Original



V V V V V

V V V V V

V V V V V

V V V V V

V V V V V

V V V V V

a) b)

Se observó que las demandas de corte en los muros de fachada en

la dirección larga eran excesivas y resultaban en la formación deun piso blando. Debido a ello se decidió eliminar los pretiles de

cada dos pisos.

-60

-40

-20

0

20

40

60

-0.01 -0.005 0 0.005 0.01DISTORSIÓN (cm /cm)

C O R T A N T E B A S A L ( T o n )

Ciclos histeréticosde carga.

Envolvente decomportamientohisterético.

0.003-0.006 0.010



Debido a las acciones derivadas del acoplamiento que aportan a

los muros, los pretiles de mampostería de la fachada tendían a

dañarse de manera excesiva. Aunque esto no implicaba un riesgo

de colapso, se decidió reducir la incertidumbre por medio de usar

pretiles de concreto reforzado.



Finalmente, se redujo la cuantía de acero longitudinal en los

castillos de los muros, ya que el diseño a flexo-compresión de losmuros hecho con el método optativo de las NTCM subestima de

manera importante su capacidad a flexión.

M/f *m t L

2

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

P / f m

t L

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Resistencia Nominal

Resistencia Ultima

Método Optativo

512

51 2

Curvatura (1/m) ϕ

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035

M o m e n t o ( k N - m )

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Propuesta Final

Alternativa 3.2

V

M p

V

M p

V R ≥ 2M p /H



V V V

Los muros de pasillo en la dirección larga exhiben una rigidez

notable y un comportamiento dominado por flexión debido al

débil acoplamiento provisto por las losas de entrepisos.



Para estimar las propiedades estructurales del edificio, se preparó

un modelo de análisis no lineal. En términos del periodo

fundamental de vibración para la dirección larga del edificio, el

modelo estima un valor de 0.78 segundos.



Se buscó el sitio dentro de la Zona de Transición que resultará enlas mayores demandas de deformación lateral. Esto resultó en la

consideración movimientos con periodo dominante 1 seg. Se

usaron 12 movimientos escalados de tal manera que en conjunto

representaran el sismo de diseño especificado por el Apéndice Ade las NTCS.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1 2 3 4 5 6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1 2 3 4 5 6

T (seg)

S a

a) MediaT (seg)

S a

b) Media + σ

μ = 1

μ = 2

μ = 3

μ = 4



0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

δaz (m)

V b (KN)

OISV



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

δ (m)

Nivel

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012

Nivel

DE



ConclusionesConclusiones



Los ensayos experimentales llevados a cabo a nivel internacional

indican que el comportamiento de muros esbeltos de

mampostería puede llegar a ser dúctil, y estar asociado a una altacapacidad de deformación lateral.

La construcción de edificios de mampostería de gran altura será

posible en la medida que se desarrollen en México mamposteríasde alta resistencia y se planteen sistemas estructurales que

promuevan el comportamiento a flexión de los muros. Dentro de

este contexto, la normativa actual debe modificar algunos de los

requerimientos con que se analizan y diseñan las estructuras de

mampostería.



Los resultados obtenidos a partir del modelado no lineal del

edificio de diez pisos, y de la evaluación de su desempeño

estructural, sugieren que los muros contemplados para el edificio

no tendrán problemas en términos de su resistencia a corte. Al

respecto, es importante mencionar que dicha resistencia fue

evaluada a partir de una propuesta establecida a nivel

internacional, la cual debe ser avalada o corregida a la brevedadpara su uso dentro del contexto de la práctica mexicana. La

presencia de castillos en los extremos de los muros del edificio

estabiliza su respuesta a flexión, y elimina la posibilidad de

aplastamiento de la mampostería.



Se diseñó una segunda alternativa para el sistema estructural deledificio, la cual considero el uso de marcos rígidos de concreto

reforzado con detallado estándar. Ambas versiones fueron

capaces de acomodar adecuadamente las demandas sísmicas; y

en lo global exhiben un desempeño sísmico similar. La porciónresistente a sismo de los sistemas estructurales exhiben

prácticamente el mismo peso.

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