la mamposterÍa estructural en mÉxico · mÉtodo simplificado para diseÑo por sismo • se aplica...
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LA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL
EN MÉXICO
Roberto Meli
Instituto de IngenieríaUniversidad 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 edificosreligiosos 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
FALLA DE EDIFICIO SIN PISO-DIAFRAGMA
Volteo de la partecentral de muros
Volteo de la partecentral de muros
Grietas portensióndiagonal
Grietas portensióndiagonal
Caída delsistema de piso
Caída delsistema de piso
EVOLUCIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO
• 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
losam uro
mur
o
mur
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 NONO 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
P L A N T A
s ≤ 3 0 0 m m
EVOLUCIÓN DE LAS PIEZAS PARA MAMPOSTERÍA
• Evolución lenta
• Poco a poco estádesapareciendo 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
espesor≥ 15 mm
b) Ejemplos de piezas multiperforadas
espesor≥ 7 mm
a) Piezas huecas
longitud dela pieza
pared interiorespesor ≥ 13 mm
pared exteriorespesor ≥ 15 mm
perforación
espesor dela pieza
altura dela pieza
área brutaárea neta
área neta
celda
≥ 0.5
área bruta
PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS
• Desarrollo de métodos de prueba
• Pruebas en compresión en pilas
• Pruebas de compresión diagonal en muretes
• Relación con propiedades de componentes
mortero
pieza
carga
espesor
carga
altura
PRUEBA DE COMPRESIÓN DIAGONAL
• Básica para estimar resistencia a cortante
• Relación con esfuerzo de agrietamiento diagonal en muros
• Determinación de valores normativos
altura ≈ longitud(2.8.2.1)
longitud
carga
altura
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
• Estabilidad
• DegradaciónDistorsión, θ
envolvente
Ejemplo decurva de histéresis
Cargalateral
RESULTADOS BÁSICOS DE LA CURVA ENVOLVENTE
• Carga de agrietamiento diagonal
• Carga máxima
• Distorsión de agrietamiento
• Distorsión a la falla
Carga2º ciclo
0.006 para piezas m acizas0.004 para piezas huecas
00
θRm áx≤(A .8.1)
Carga lateral
m áx
λR
R
0.8R
R ≤λR
≥R aRm áx
≥Rm áx
m áx
0.006 ó0.004
θ
≥ 0.8Rm áx
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 flexión-cortante
• Comprobación de modelos de análisis
CONFIGURACION DE AGRIETAMIENTO
ESPÉCIMEN WBW-E
ESPÉCIMEN WBW-B
AgrAgr
AgrAgr
-0.015-0.015 -0.01-0.01 -0.005-0.005 00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015-600-600
-300-300
00
300300
600600Fu
erza
cor
tant
e, k
NFu
erza
cor
tant
e, k
N
Distorsión angular, mm/mmDistorsión angular, mm/mm
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
sep a
rac i
ónde
dal
as
castillos en intersecciónde muros (5.1.1.a)
dala en todoextremo de muroy a una distanciano mayor de 3 m
(5.1.1.b)
refuerzo en elperímetro deaberturas
(5.1.3)
H
3 m
dala en pretiles≥ 500 mm
(5.1.1.b)
losa
castillos enpretiles(5.1.1.a)
MAMPOSTERÍA CONFINADA.REQUISITOS DE UBICACIÓN DE
CASTILLOS
castillos enextremos de murose intersecciones
PLANTAseparaciónde castillos
4 m1.5H≤
Ht ≤ 30 (5.1.4)
(5.1.1.b)
t ≥ 100 mm (5.1.4)
MAMPOSTERÍA CONFINADA. REFUERZO EN HUECOS
separación de castillosseparación de castillos
Refuerzo enaberturas si
dimensión>
¼ separación de castillos600 mm abertura que no
requiere refuerzo
MAMPOSTERÍA CON REFUERZO INTERIOR
(6.1.1)Ht ≤ 30
t ≥ 100 mm(6.1.7)
sh
Ash(6.1.1)
(6.1.7)
Asv tsv
REFUERZO INTERIOR
junta de mortero
≤ ¾ espesor de junta
ELEVACIÓN
db3.5 mm ≤
≥
hilada
6 hiladas
(5.4.3.2 y6.4.3.2)
600 mm
refuerzo horizontal
sh ≤
pieza
(3.3.2.2)
db10 mm (3.3.4.3)
≤ 10 mm, mecanizada15 mm, artesanal
espesor de juntas ≥ 6 mm
(sin refuerzo, 9.2.2.1)
espesorde junta
Ash
≤ 12 mm, mecanizada15 mm, artesanal
(con refuerzo, 9.2.2.1)
espesorde junta
DETALLES DE APAREJO(9.2.2.3)
pieza huecapieza multiperforada
nivel de coladosi se interrumpela construcción
aparejo en formacuatrapeada
rellenode celdas
refuerzo o ductos
refuerzo o ducto (9.2.2.3)
(9.2.2.2)
rellenar ambas celdas
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 delmuro
ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS
• Modelo tridimensional
• Elementos placa
• Limitaciones
ACOPLAMIENTO DE MUROS
losa contrabe o dala
losa4t
losat
losa4t
losamuro
ancho equivalente
mur
o
mu r
o
MUROS DIAFRAGMA
• Rigidizan marcos flexibles de concreto o acero
• Importante contribución a la resistencia y rigidez a cargas laterales
• Cuidar asimetrías y discontinuidades
≥½Carga
R,columna
HCarga
VR,columna
V
¼H VR,columna
¼H
MUROS DIVISORIOS
castillos o refuerzo interiorCORTE
elementospara evitar
el volteo
Solución 1
t ≥ 100 mm
Solución 2
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