rehabilitación sísmica de mampostería no estructural mediante

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REHABILITACIÓN SÍSMICA DE MAMPOSTERÍA NO ESTRUCTURAL MEDIANTE LISTONES DE MADERA

INTRODUCCIÓN

Rehabilitación sísmica de mampostería no estructural mediante listones de madera, es un

trabajo de grado, enfocado principalmente hacia el área de estructuras, que reúne datos

teóricos experimentales y computacionales, a la luz de los cuales se concluye la posible

aplicabilidad en Colombia de un sistema de refuerzo, haciendo uso de listones de madera,

que básicamente confinen éste sistema constructivo y permita garantizar la preservación de

vidas humanas ante eventos sísmicos, todo dentro de los alcances económicos de los

propietarios de viviendas de autoconstrucción, objeto de nuestra investigación.

A lo largo del desarrollo del proyecto de grado se siguió una metodología en la cual se

encontraba comprendidas etapas de experimentación y modelación computacional de las

cuales puede decirse se obtuvieron resultados favorables en el comportamiento de la

mampostería no estructural reforzada con el sistema propuesto, logrando alcanzar aumentos

porcentuales en resistencia de los muretes tipo sometidos a tracción diagonal, así como de

aquellos sometidos a esfuerzos flectores sobre sus juntas para cada una de las direcciones,

verticales y horizontales.

Adicionalmente al aporte en resistencia dado por el sistema de refuerzo, la principal

contribución se obtiene logrando un comportamiento “dúctil” de la mampostería,

manteniendo la unidad estructural de la misma evitando fallas frágiles y explosivas al ser

sometida a esfuerzos superiores a los admisibles sin ningún tipo de refuerzo.

Finalmente se llevó a cabo un análisis precios unitarios de cada uno de los escenarios

posibles para esta investigación, es decir la construcción de un muro reforzado con el

sistema de refuerzo propuesto o la rehabilitación de uno preexistente, de lo cual se concluye

que no representa un incremento porcentual significativo ante la utilización del sistema

haciendo de éste de fácil adquisición para personas de estratos bajos.

II


AGRADECIMIENTOS

Las autoras queremos agradecer profundamente a todas las personas que participaran en el

desarrollo de este trabajo de grado, haciendo posible la obtención de tan buenos resultados

durante el proceso y la vivencia de una experiencia totalmente instructiva como lo fue ésta.

Queremos resaltar el apoyo dado por las familias de cada una de nosotras, señores Martha

Vergara y Carlos Molano y señores Nancy Bernal y Luis Edo. Serrano, de los cuales

obtuvimos un apoyo incondicional en cada uno de los aspectos que fueron determinantes

para el proceso de desarrollo de ésta investigación, contamos con su respaldo moral,

emocional, y económico en todo momento.

No menos importante fue el ánimo y ayuda dada por las personas más cercanas y amigos

que colaboraron en todo momento con nosotras, como el señor Carlos Miranda y

A quienes, para nosotras es importante mencionar, ya que fueron de gran importancia dentro

de este proceso.

Finalmente nos resta agradecer a todo el personal de la Universidad quienes nos

colaboraran incondicionalmente, el personal de laboratorio de estructuras con la elaboración

de ensayos y profesores de arquitectura quienes prestaron parte de el espacio de uso de los

estudiantes de esta carera para la construcción de nuestras probetas.

Solo nos resta decir que sin ustedes esto no hubiera sido posible llevarse a cabo de tan

exitosa manera, MUCHAS GRACIAS.

III


ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

La historia cuenta que la mampostería no estructural es uno de los métodos constructivos

más utilizados a lo largo de ella. Civilizaciones como la egipcia, con sus pirámides, o la china

y su monumental muralla, dan testimonio de la durabilidad y resistencia que puede alcanzar.

Razones como el bajo costo, disponibilidad, facilidad de fabricación y durabilidad hacen que

éste material constructivo siga vigente al pasar del tiempo. Motivos como la protección que

brinda contra el fuego, el aislamiento térmico y acústico, la distribución de espacios y mejora

en la apariencia estética, más allá de la construcción de viviendas, son argumentos que le

dan peso a la decisión de emplearlos.

Sin embargo eventos sísmicos ocurridos a lo largo de la historia dan testimonio de que las

viviendas construidas en mampostería pueden representar un gran riesgo para sus

habitantes, provocando grandes desastres en las poblaciones, cuyas edificaciones se ven

gravemente afectas, ocasionando miles de pérdidas materiales y lamentablemente

humanas, hechos que sirven como antecedente y precede a la creación e implantación de

códigos y técnicas nuevas para hacer de las estructuras obras que garanticen la estabilidad

de las mismas y por ende la seguridad de sus ocupantes; es decir, luego de observar la

magnitud de los daños ocasionados por el colapso de las edificaciones, como respuesta ante

fuerzas sísmicas importantes, se ha impulsado la actualización de los sistemas

constructivos, levantando estructuras sismorresistentes en las cuales se reduzca la

vulnerabilidad de las mismas y la ocurrencia de este tipo de desastres.

No obstante, en la actualidad aún muchas de las viviendas en Colombia no cumplen con los

requisitos establecidos en las normas, además siempre existe la posibilidad de ocurrencia de

un sismo con características mayores a las consideradas en el diseño que hacen de estas

estructuras vulnerables, en distintos grados, ante estos fenómenos.

Cerca de un 75% de las muertes ocasionadas por terremotos en el siglo XX se atribuye al

colapso de edificaciones sin un adecuado diseño sismo resistente, construidas con

IV


materiales inapropiados o que simplemente perdieron su resistencia volviéndose vulnerables

ante el evento.1

En el caso colombiano, sismos como el del eje cafetero, ocurrido el 25 de enero de 1999,

provocaron daños a miles de personas, especialmente de los estratos bajos, donde cerca de

50.000 construcciones sufrieron daño, total o parcial, concentrado en aquellas edificaciones

antiguas, de mampostería no reforzada ni confinada y casas, principalmente.2

Ante el panorama presentado anteriormente, se ve la necesidad de estudiar nuevas

alternativas y sistemas constructivos enfocados a la mejora en sistemas estructurales

resistentes, durables, livianos y con costos no muy elevados que permitan garantizar a las

personas seguridad y satisfacción respecto al dinero invertido en sus viviendas.

Hace aproximadamente 20 años comenzaron a desarrollarse diferentes técnicas que

permiten reforzar la mampostería no estructural. Sin embargo, a nivel colombiano son

contados los estudios analíticos y experimentales en el tema. Por esta razón se convierte en

una prioridad la necesidad de profundizar en el tema con el fin de lograr que la mampostería

no estructural se comporte de una manera adecuada ante cargas sísmicas, donde se

preserve la vida humana y se minimicen las pérdidas materiales.

1 GALLEGO, Mauricio. YAMIN, Luís. “Series de Ingeniería Sísmica”, Volumen I. 2 GALLEGO, Mauricio. YAMIN, Luís. “Series de Ingeniería Sísmica”, Volumen I.

V


OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS

Objetivo General

Estudiar la aplicabilidad, en Colombia, de un sistema de refuerzo sísmico para muros

divisorios construidos con bloque de perforación horizontal (Bloque N°5) confinados con

listones de madera.

Objetivos Específicos

� Establecer el comportamiento del sistema de refuerzo planteado para muros divisorios

por medio de la modelación computacional, basado en análisis de elementos finitos.

� Determinar el comportamiento, en el laboratorio, de los muros con y sin refuerzo,

sometidos a esfuerzos cortantes bajo el ensayo de tracción diagonal.

� Determinar el comportamiento, en el laboratorio, de los muros con y sin refuerzo,

sometidos a esfuerzos flectores.

� Establecer la factibilidad del sistema de refuerzo planteado para muros divisorios

realizando un presupuesto basado en precios unitarios.

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN AGRADECIMIENTOS ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO 1.1 MORTERO 1.1.1 Componentes 1.1.1.1 Materiales aglutinante 1.1.1.2 Materiales de relleno o agregados 1.1.1.3 Agua 1.1.1.4 Aditivos 1.1.2 Tipos y usos del mortero 1.1.2.1 Clasificación del mortero según sus componentes 1.1.2.2 Clasificación del mortero según su sistema constructivo 1.1.3 Propiedades del mortero de cemento Pórtland 1.1.3.1 Mortero en estado plástico 1.1.3.2 Mortero en estado endurecido 1.2 LADRILLO 1.2.1 Tipos de ladrillo 1.2.1.1 Clasificación de los ladrillos según sus materiales de fabricación. 1.2.1.2 Clasificación de los ladrillos según su forma. 1.2.1.3 Clasificación de los ladrillos según su tipo de fabricación. 1.2.1.4 Clasificación de los ladrillos según su cocción. 1.2.2 Propiedades de los ladrillos 1.2.2.1 Resistencia a la compresión 1.2.2.2 Resistencia a la tracción 1.2.2.3 Módulo de Elasticidad y Relación de Poissón 1.2.2.4 Contenido de humedad y absorción 1.3 MADERA 1.3.1 Tipos de madera 1.3.2 Propiedades resistentes de la madera 1.3.2.1 Resistencia a la compresión paralela 1.3.2.2 Resistencia a la compresión perpendicular 1.3.2.3 Resistencia a la tracción 1.3.2.4 Resistencia al corte 1.3.2.5 Resistencia a la flexión paralela al grano 1.3.3 Propiedades elásticas de la madera 1.3.3.1 Módulo de elasticidad

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1.3.3.2 Módulo de corte o rigidez 1.3.3.3 Módulo de Poissón 1.4 MAMPOSTERÍA 1.4.1 Tipos de mampostería 1.4.1.1 Mampostería no reforzada 1.4.1.2 Mampostería de muros confinados 1.4.1.3 Mampostería de muros diafragma 1.4.1.4 Mampostería parcialmente reforzada 1.4.1.5 Mampostería de cavidad reforzada 1.4.1.6 Mampostería reforzada 1.4.2 Tipos y usos de la mampostería no estructural 1.4.3 Comportamiento de la mampostería no estructural 1.4.3.1 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos de compresión 1.4.3.2 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos cortantes 1.4.3.3 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos de tracción 1.4.3.4 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos de flexo-compresión y de

cortante 1.4.3.5 Comportamiento de la mampostería sometida a cargas cíclicas y dinámicas en el

plano 1.5 SISTEMAS DE REFUERZO EXISTENTES PARA MAMPOSTERÍA 1.5.1 Construcción de vigas y columnas de confinamiento en concreto reforzado 1.5.2 Revestimiento estructural en concreto reforzado 1.5.3 Confinamiento de aberturas 1.5.4 Reemplazo de muros no estructurales o muros con aberturas por muros

estructurales 1.5.5 Revestimiento estructural con fibras compuestas 1.5.6 Costura de grietas con barras de refuerzo. 1.5.7 Algunos sistemas de refuerzo recientemente estudiados alrededor del mundo. 1.5.7.1 Sistema de refuerzo por medio de cables (Australia). 1.5.7.2 Confinamiento de muros con láminas de FCRP (Chile-Canadá-China). 1.5.7.3 Sistema de refuerzo con correas de acero y plásticas (Méjico). 1.5.7.4 Confinamiento de muros con malla electrosoldada (Colombia).

CAPÍTULO 2. EXPERIMENTACIÓN 2.1 METODOLOGÍA DE LA EXPERIMENTACIÓN 2.1.1 Fase I: Diseño Experimental. 2.1.1.1 Tipos de materiales. 2.1.1.2 Características de los materiales. 2.1.2 Fase II: Proceso constructivo. 2.1.2.1 Elaboración de muretes. 2.1.2.2 Elaboración del sistema de refuerzo. 2.1.3 Fase III: Experimentación. 2.1.3.1 Propiedades de los materiales individuales. 2.1.3.2 Propiedades de los materiales en conjunto.

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2.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS 2.2.1 Materiales individuales. 2.2.1.1 Unidades de mampostería. 2.2.1.2 Mortero de pega. 2.2.1.3 Madera. 2.2.2 Materiales en conjunto. 2.2.2.1 Prismas. 2.2.2.2 Muretes. CAPÍTULO 3. MODELO ANALÍTICO 3.1 DISEÑO DE MODELO ANALITICO 3.1.1 SAP 3.1.2 XTRACT 3.2 RESULTADO Y ANÁLISIS 3.2.1 SAP 3.2.2 XTRACT CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

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LISTA DE TABLAS

CAPÍTULO 1. MARCO TEÓRICO

Tabla Nº 1.1 Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezclas. Tabla Nº 1.2 Tipos de aditivos químicos según la norma ASTM C-494. Tabla Nº 1.3 Clasificación ASTM C-270 de morteros de pega para mampostería no

reforzada, según resistencia a la compresión a 28 días y según dosificación (partes por volumen).

Tabla Nº 1.4 Clasificación ASTM C-476 de morteros de pega para mampostería reforzada, según resistencia a la compresión a 28 días y según dosificación (partes por volumen).

Tabla Nº 1.5 Usos de los morteros de cemento. Tabla Nº 1.6 Resistencia a la compresión de diferentes unidades de mampostería. Tabla Nº 1.7 Resistencia a la compresión unidades de mampostería estructural. Tabla Nº 1.8 Resistencia a la compresión unidades de mampostería no estructural. Tabla Nº 1.9 Clasificación de la madera según densidad básica. Tabla Nº 1.10 Esfuerzos admisibles para cada tipo de madera. Tabla Nº 1.11 Módulos de elasticidad longitudinal admisibles para cada tipo de madera. Tabla Nº 1.12 Porcentajes de variación permitidos en los valores característicos para cada

propiedad de la madera. Tabla Nº 1.13 Clasificación de las maderas colombianas según grupo estructural. Tabla Nº 1.14 Principales factores que afectan la resistencia a la compresión de la

mampostería. CAPÍTULO 2. EXPERIMENTACIÓN Tabla Nº 2.1 Resistencia a la compresión de bloques Nº 5. Tabla Nº 2.2 Resultados ensayo de fluidez sobre mortero de pega. Tabla Nº 2.3 Resultados ensayo de compresión sobre cubos de mortero. Tabla Nº 2.4 Resultados ensayo de flexión sobre corbatines de mortero. Tabla Nº 2.5 Resultado de ensayos de densidad en probetas de madera. Tabla Nº 2.6 Resultados ensayo resistencia al cizallamiento en probetas de madera. Tabla Nº 2.7 Resultados ensayos tracción paralela al grano en probetas de madera. Tabla Nº 2.8 Resultados ensayo tracción perpendicular al grano en probetas de madera. Tabla Nº 2.9 Resistencia a esfuerzos flectores de probetas de madera. Tabla Nº 2.10 Resultados ensayos de compresión sobre prismas de mampostería. Tabla Nº 2.11 Resultados ensayos de tracción diagonal sobre muretes. Tabla Nº 2.12 Resultados ensayos de flexión sobre juntas verticales. Tabla Nº 2.13 Resultados ensayos de flexión sobre juntas horizontales.

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LISTA DE FIGURAS


Figura Nº 1.1: Panorama del sur de Yemen construido en adobe. Figura Nº 1.2: Ejemplos típicos de ladrillos según su forma. Figura Nº 1.3: Direcciones ortogonales de la madera. Figura Nº 1.4: Curvas típicas de esfuerzo deformación típicas para madera. Figura Nº 1.5: Relación esfuerzo-deformación para mortero de pega, unidades de

mampostería y muros de mampostería. Figura Nº 1.6: Falla por fricción-cortante en muros de mampostería no estructural. Figura Nº 1.7: Falla por tensión diagonal en muros de mampostería no estructural. Figura Nº 1.8: Falla por compresión en muros de mampostería no estructural. Figura Nº 1.9: Fallas de la mampostería no estructural por tensión. Figura Nº 1.10: Fallas de la mampostería no estructural por cortante. Figura Nº 1.11: Fallas de la mampostería no estructural por flexión. Figura Nº 1.12: Proceso de instalación de revestimiento estructural en concreto reforzado. Figura Nº 1.13: Proceso de instalación de revestimiento estructural con fibras compuestas. Figura Nº 1.14: Proceso de instalación las barras de refuerzo en grietas. Figura Nº 1.15: Sistema de refuerzo por medio del uso de cables. Figura Nº 1.16: Curvas de esfuerzos para muros reforzados por sistema de cables. Figura Nº 1.17: Disposición de las fibras de FCRP en los muretes. Figura Nº 1.18: Desprendimiento de las fibras de FCRP por acción de esfuerzos

compresores. Figura Nº 1.19: Comportamiento de un muro de mampostería no estructural sin refuerzo y

con refuerzo.

CAPÍTULO 2. EXPERIMENTACIÓN Figura Nº 2.1: Dimensiones y especificaciones bloque Nº 5. Figura Nº 2.2: Dimensiones de los listones de madera. Figura Nº 2.3: Dimensiones de la caja de aseguramiento de las intersecciones. Figura Nº 2.4: Elementos que componen el perno de anclaje. Figura Nº 2.5: Ubicación de los anclajes en los muretes. Figura Nº 2.6: Materiales y probetas para ensayos individuales. Figura Nº 2.7: Dimensiones de los prismas. Figura Nº 2.8: Dimensiones de los muretes. Figura Nº 2.9: Proceso de descargue y limpieza de los bloques. Figura Nº 2.10: Murete acabado de fabricar. Figura Nº 2.11: Murete para ensayos de flexión. Figura Nº 2.12: Esquinas de la diagonal rellenas de mortero. Figura Nº 2.13: Proceso de curado de los muretes. Figura Nº 2.14: Estructura de confinamiento. Figura Nº 2.15: Proceso de instalación del anclaje. Figura Nº 2.16: Secuencia de ensayo de resistencia a la compresión de cubos de mortero. Figura Nº 2.17: Secuencia de ensayo de resistencia a la flexión de corbatines de mortero. Figura Nº 2.18: Secuencia de ensayo de fluidez de cemento hidráulico. Figura Nº 2.19: Secuencia de ensayos sobre las probetas de madera. Figura Nº 2.20: Secuencia de ensayo de compresión sobre prismas.

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Figura Nº 2.21: Montaje de ensayo de tracción diagonal sobre muretes.

CAPÍTULO 3. MODELO ANALÍTICO

Figura Nº 3.1: Esquema de muro no reforzado, sometido a flexión sobre juntas verticales. Figura Nº 3.2: Esquema de muro reforzado, sometido a flexión sobre juntas verticales. Figura Nº 3.3: Esquema de muro no reforzado, sometido a flexión sobre juntas horizontales. Figura Nº 3.4: Esquema de muro reforzado, sometido a flexión sobre juntas horizontales. Figura Nº 3.5: Grafica de caracterización de ladrillo. Figura Nº 3.6: Grafica de caracterización de mortero. Figura Nº 3.7: Grafica de caracterización de madera.

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EVALUACIÓN SÍSMICA DE MAMPOSTERÍA NO ESTRUCTURAL REFORZADA CON LISTONES DE MADERA.


A continuación, en el presente capítulo se presentan las características generales, y de gran

importancia, de los materiales de construcción que se encuentran relacionados con la

construcción de muros de mampostería no estructural, que para efectos de la realización de

éste proyecto fueron empleados.

1.6 MORTERO

Se conoce como mortero a la sustancia sólida de color grisáceo que se obtiene de la mezcla

de un material aglutinante, como lo es el cemento Portan (entre otros), un material de

relleno, representado por agregados finos o arenas, y agua, que luego de endurecerse al

contacto con el aire, por absorción de dióxido de carbono, desarrolla propiedades químicas,

físicas y mecánicas muy similares a las del concreto. Por otro lado, cabe resaltar que para

algunas aplicaciones específicas, o simplemente por economía, es necesario adicionar cierto

tipo de aditivos que contribuyen a la modificación de las propiedades del mismo y lo hagan

propicio para las condiciones de trabajo requeridas.

Dadas sus propiedades, que dependen principalmente de la calidad de los materiales

empleados en su elaboración, y por supuesto la dosificación utilizada, entiéndase por

dosificación a la proporción volumétrica de los mismos, los morteros poseen una amplia

variedad de aplicaciones, tales como la pega de piezas de mampostería o el recubrimiento

de las mismas, mejor conocido como pañete.

En Colombia, dada la importancia y gran gama de posibilidades que los envuelven, el uso de

los mismos ha sido variado dentro del campo de la construcción, reflejado principalmente en

el caso de la mampostería.

1.1.1 COMPONENTES

1.1.3.3 Materiales aglutinante

Entre los materiales cementates o aglutinantes, encontramos el cemento y la cal, cada uno

de diferentes tipos y características específicas, empleados en la elaboración de morteros.

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El cemento es una de las materias primas de la construcción que por estos tiempos se ha

vuelto lo que se podría llamar indispensable, ya que prácticamente no existe ninguna obra

en la que éste no tenga alguna participación; por otro lado cabe resaltar que se conoce como

el pegante más barato y versátil, dada la gran variedad de usos que se le ha dado en el

desarrollo de tareas de éste campo.

Sus propiedades adhesivas y cohesivas, de dicho componente, que le dan la capacidad de

aglutinar los agregados, dependen de la composición química, grado de hidratación, finura

de sus partículas, velocidad de fraguado, calor de hidratación y de la resistencia mecánica

que sea capaz de desarrollar.

La normativa colombiana NSR – 983 es clara al especificar que el cemento utilizado en obra

debe encontrarse en condiciones apropiadas que correspondan a las características, según

su dosificación para concretos o morteros, de tipo y clase sobre el cual se basan.

Por otro lado, también debe cumplir con las normas de calidad exigidas por el ICONTEC, en

donde se garanticen características físicas, químicas o mecánicas, entre otras, para un

óptimo desempeño del material. Algunas de estas son:

Cemento Pórtland: NTC 1214 y NTC 3215 aunque se permite la utilización de

cementos fabricados bajo las normas ASTM C150 y C 595.

Cemento para mampostería: NTC 40506 o aquellos fabricados bajo la ASTM C91.

Cal viva: NTC 40467 o aquella que cumpla con la lo exigido en la ASTM C5.

3 NSR – 98, Calidad de los Materiales en la Mampostería Estructural, Cemento y Cal, Capítulo D.3.2.1 4 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001. Ingeniería Civil y Arquitectura. Cemento Pórtland, especificaciones físicas y mecánicas. 5 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001. Ingeniería Civil y Arquitectura. Cemento Pórtland, especificaciones químicas. 6 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001. Ingeniería Civil y Arquitectura. Cemento para Mampostería. 7 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001. Ingeniería Civil y Arquitectura. Cal (CaO) viva para propósitos estructurales.

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Cal hidratada: NTC 40198 o que cumpla con los requisitos exigidos en la

ASTM C270.

Los cementos más utilizados en el mercado colombiano son los usados en mampostería y

los Pórtland de los tipos I, II y III, los cuales se fabrican por medio de la incorporación de

materiales calcáreos y arcillosos.

Cada tipo de cemento Pórtland puede definirse dada las características correspondientes a

su uso o fin para el cual es requerido, así:

Tipo I: Corresponde a un cemento que se utiliza para usos generales y aún cuando

es empleado para fines estructurales sus propiedades no requieren ser especiales.

Tipo II: Este tipo de cemento es empleado en aquellos casos en los cuales se

requiere un calor de hidratación moderado o cuando se verá expuesto a un ataque

moderado de sulfatos.

Tipo III: La principal cualidad de los cementos clasificados bajo este tipo corresponde

a una alta resistencia inicial lo cual significa que a los siete (7) días alcanza la misma

resistencia que logran los cementos de los tipos I y II a los veintiocho (28) días. Es

muy recomendado cuando en necesario obtener altas resistencias tempranas.

Otro de los materiales cementantes empleado en la preparación de morteros es la cal, ésta

puede ser no hidratada o hidratada; ésta última corresponde a un material plastificante y de

liga basado principalmente en la carbonatación, y que afecta la estabilidad volumétrica de los

morteros, debido a su alto grado de contracción, además tiene la capacidad de contribuir con

la mejora de la plasticidad mejorando así la manejabilidad, trabajabilidad y retención de agua

del mismo.

1.1.3.4 Materiales de relleno o agregados

Los agregados no sólo son un conjunto de arenas, piedra triturada, pizarra quemada,

escoria, minerales y varios tipos de polvo de piedra que actúan como llenantes y dan

estabilidad volumétrica, estos en conjunto con la pasta de cemento fraguada. También

8 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001. Ingeniería Civil y Arquitectura. Cal hidratada para mampostería.

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proporcionan parte de la resistencia mecánica de los morteros. Así, por ejemplo, si la

proporción de arenas aumenta de la misma manera se incrementan el tiempo de

endurecimiento del mimo y a su vez se reducen las grietas debido a la retracción.

La calidad que desarrolle un mortero, tanto en estado plástico como en estado sólido,

depende en gran parte de la calidad, características y propiedades, de los agregados que

predominen en él, de esta manera si un mortero presenta grandes cantidades de pizarra o

arcilla, o algún otro componente con gran diferencia entre sus coeficientes de expansión y el

del cemento, puede haber presencia, con seguridad, de fisuras luego de completarse el

secado.

Debido a la gran incidencia de estos componentes en el producto final del mortero, la

normativa colombiana exige el cumplimiento de la NTC 22409 o en su defecto la ASTM 144 y

la garantía de que éstos se encuentren libres de materiales contaminantes que puedan

contribuir al deterioro de sus propiedades.

Una de las propiedades física a la cual debe prestarse especial atención es a la

granulometría del material, ya que con ella es posible determinar la distribución del tamaño

de sus partículas, sabiendo así en qué proporción se encuentran, hecho de gran importancia

a la hora de evitar la obtención de morteros de baja resistencia producto del exceso de finos

en su elaboración. Es de recalar que los morteros más resistentes se obtienen a menor

presencia de finos en su mezcla.

Una adecuada gradación del material infiere la reducción de la segregación y mejora en la

trabajabilidad del producto final, sin embargo en la práctica la selección de los agregados se

realiza con base en factores de económicos o de factibilidad, de esta manera, partiendo de

éste hecho, es preciso adoptar métodos apropiados de fabricación de mortero que permitan

la mezcla de los componentes, haciendo uso de ellos sin una gradación particular, sobre

todo si se va a realizar en obra.

9 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001. Ingeniería Civil y Arquitectura. Agregados usados en morteros de la mampostería.

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1.1.3.5 Agua

El agua ocupa un papel importante en las reacciones de la mezcla, tanto en su estado

plástico como en el estado endurecido de la misma, principalmente porque permite dar paso

a reacciones químicas del cemento consolidándose así éste con los agregados para formar

un único sólido.

Por lo general, se recomienda que el agua que se emplee en la fabricación de morteros sea

potable, libre de olores ni sabores pronunciados, con concentraciones moderadas de

carbonatos y bicarbonatos de sodio y potasio, ya que estos tienen influencia en los tiempos

de fraguado, debe estar libre de cloruros que generan corrosión en los refuerzos embebidos,

también de sales orgánicas que inciden en la resistencia del producto o cualquier otra

sustancia que afecte las propiedades del mortero.

De acuerdo con lo anterior, es importante establecer tolerancias máximas de

concentraciones de impurezas en el agua de mezclado, tanto para morteros como para

concretos.

Tabla Nº 1.1: Tolerancias de concentraciones de impurezas en el agua de mezclas.

Fuente: SANCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del Concreto y del Mortero. Bogotá 1996.

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Por otro lado, algunos ensayos normalmente requeridos para el análisis del agua son:

Calcio y magnesio en el agua: ASTM D-511.

Cloruros: ASTM D-512.

Sulfatos: ASTM D-516.

pH del agua: ASTM D-1293.

Acidez y alcalinidad: ASTM D-1067.

Partículas y materia disuelta: ASTM D-1888.

Pero el agua no sólo actúa según los componentes que contenga, ésta como parte de la

mezcla en un mortero tiene tres funciones principales: el control de la trabajabilidad, la

hidratación del cemento y la carbonatación de la cal.

A diferencia de la baja relación agua cemento que requiere el concreto, la cantidad de agua

utilizada en un mortero depende del producto que se desee obtener, así pues para mezclas

en las cuales sea prioridad la adherencia ante la resistencia es posible tolerar

concentraciones más altas del fluido, obteniendo por añadidura mayor trabajabilidad, fluidez

y mayor absorción de agua de las piezas de mampostería ayudando a los procesos de

hidratación.

Con relación al tiempo límite para la adición de materiales, a pesar que se permite adicionar

agua para refrescar el mortero y luego recuperar consistencia al presentarse evaporación,

cabe mencionar que deben colocarse dentro de las dos horas y media después del

mezclado, esto con el fin de prever que el mortero ya haya comenzado su proceso de

fraguado.

1.1.3.6 Aditivos

Desde mediados del siglo pasado se viene desarrollando toda una tecnología sobre los

aditivos haciendo que estos cumplan funciones como reductores de agua, retardantes o

acelerantes.

Un material diferente al agua, cemento y agregados, que se adiciona a una mezcla antes o

durante tal proceso, fue la definición dada por el Comité ACI-212 para un aditivo.

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Aunque los aditivos pueden o no hacer parte de los componentes de una mezcla, es claro

que estos son utilizados para modificar las propiedades de tal manera que hagan de esta un

producto más adecuado para las condiciones de trabajo, o para la economía de una tarea.

Una clasificación resumida de los aditivos, en términos de su funcionalidad, consiste en

determinar la existencia en el mercado de aquellos inclusores de aire, reductores de agua,

retardantes y acelerantes, superplastificantes, minerales, entre otros; sin embargo en las

normas ICONTEC se encuentra una clasificación para los mismos, más específicamente en

la NTC 129910 , de la misma manera cabe mencionar que la ASTM también hace referencia

a estos.

Tabla Nº 1.2: Tipos de aditivos químicos según la norma ASTM C-494.


Como hemos visto, dada la indiscutible incidencia en las propiedades de las mezclas es

prudente probar los aditivos con objeto de su aceptación, verificar si éstos cumplen con las

especificaciones técnicas del proveedor garantiza la obtención de los efectos deseados

dadas las condiciones ambientales previstas y los procedimientos constructivos.

Una clasificación más resumida de los aditivos es términos de su función es la siguiente:

10 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001.Concretos. Aditivos químicos para concreto.

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� Aditivos inclusotes de aire:

El principal ingrediente empleado en éste tipo de aditivos es el alkibenceno sulfonado o

el oxido de polietileno, aunque existen otros materiales tales como sales de resinas de la

madera, algunos detergentes sintéticos, ácidos grasos o hidrocarburos sulfonados que

son capaces de funcionar como inclusotes de aire, los cuales tienen como finalidad

hacer concretos y morteros con una mayor manejabilidad con una mayor resistencia al

congelamiento.

� Aditivos reductores de agua:

Con el fin de producir concretos con una consistencia determinada por las

características propias de un proyecto en particular, o con el afán de incrementar el

asentamiento del mismo, dado un contenido de agua específico, son utilizados éste tipo

de aditivos los cuales se encuentran compuestos principalmente por ácidos

lignosufónicos, melaninas o polímeros hidrooxilados.

� Aditivos acelerantes:

Siguiendo las especificaciones de la ASTM D-98, el acelerarte más utilizado por el

mercado es el cloruro de calcio, con el fin de desarrollar mezclas cuyos tiempos de

fraguado se reduzcan dando un desarrollo temprano de la resistencia.

� Aditivos superplastificantes:

También llamados aditivos reductores de agua de alto rango, que constituyen un

conjunto de sustancias químicas que le imparten una manejabilidad extrema,

proporcionando una gran reducción de agua, mucho mayor a la proporcionada por los

aditivos reductores de agua, con el fin de obtener mezclas de mayor manejabilidad.

� Aditivos minerales:

Con el fin de obtener mejoras en la manejabilidad de las mezclas, de aumentar la

resistencia y durabilidad, compensando la falta de finos en las mismas, son utilizados

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ciertos materiales inertes tales como cuarzo molido, la caliza, la bentonita, cal hidratada

y talco.

1.1.4 TIPOS Y USOS DEL MORTERO

A groso modo, dentro de los morteros existen los de tipo aéreos, o aquellos que endurecen

bajo la influencia del aire, perdiendo agua al secado y con tiempos de fraguado prolongados

dado el efecto de carbonatación, y los hidráulicos o acuáticos que llegan a un estado sólido

aún estando bajo el agua; sin embargo estas mezclas pueden clasificarse en dos tipos,

según los componentes que lo integren y según el sistema constructivo bajo el cual hallan

sido elaborados.

1.1.4.1 Clasificación del mortero según sus componentes

Según los materiales por los cuales esté compuesta una mezcla de mortero se pueden

encontrar los siguientes tipos:

� Morteros calcáreos:

El uso de este tipo de morteros en la actualidad es muy reducido, dada la inexactitud con la

cual puede determinarse su endurecimiento, hecho por el cual se emplea, para efectos

colombianos, principalmente en trabajos de embellecimiento de interiores donde se

requieran acabados, sobretodo para filos y esquinas, muy pulidos y delicados.

Desde la antigüedad viene utilizándose la cal como plastificante y ligador, lo cual hace del

mortero de cal un producto bastante manejable aunque de él no puede esperarse obtener

grandes resistencias, dada la baja velocidad de endurecimiento.

Cabe decir que las cales más conocidas corresponden a la cal blanca y la gris o cal

dolomítica. Por otro lado, la arena utilizada en la producción de este tipo de mortero

constituye en un material cuyo propósito es evitar la aparición de grietas dada la contracción

de la mezcla, por lo cual se recomienda la utilización de partículas angulosas y libres de

materia orgánica.

- 10 -


Las proporciones más comunes de cal-arena utilizadas en la producción corresponden a 1:2

para pañetes y de 1:3 o 1:4 para pega de mampostería no estructural, si dichas proporciones

aumentan puede verse comprometida su ductilidad y trabajabilidad, originando contracciones

y agrietamientos no deseados.

� Morteros de cal y cemento Pórtland:

Si las condiciones de trabajo requieren de un mortero cuyas características correspondan a

una gran trabajabilidad, buena retención de agua y altas resistencias iniciales debe hacerse

uso de lo que se conoce como morteros de cementos rebajados en donde las relaciones de

la mezcla varían de 1:2:6 a 1:2:10 ( cemento : cal : arena) .

Los morteros hechos de cemento Pórtland y cal deben combinarse de tal manera que se

aprovechen las propiedades adhesivas de la cal y las propiedades cohesivas del cemento

Pórtland, siendo importante tener en cuenta que cada adición de cal incrementa la cantidad

de agua de mezclado necesaria11.

La ampliación en la tecnología desarrollada alrededor de este producto permite distinguir dos

tipos de morteros: los de pega y el mortero de relleno, utilizados para el empate de unidades

de mampostería y aquel que se vierte al interior de estas para aumentar la sección neta de

resistencia del muro, respectivamente.

En Colombia los morteros para mampostería deben cumplir con la NTC 332912 , sin embargo

a nivel mundial la más difundida corresponde a la ASTM C-270, en donde se aceptan 5

clases, designados con las letras M, S, N, O y K, en orden ascendente de calidad, dadas sus

características mecánicas y dosificación.

11 SANCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y del mortero, Bogotá. 1996 12 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombiana 2001.Ingeniería y Arquitectura. Especificaciones del mortero para unidades de mampostería.

- 11 -


Tabla Nº 1.3: Clasificación ASTM C-270 de morteros de pega para mampostería no reforzada,

según resistencia a la compresión a 28 días y según dosificación (partes por volumen).


Las propiedades y usos de cada uno de los tipos de morteros para mampostería se

encuentran brevemente expuestos a continuación:

Mortero tipo M:

Se utiliza principalmente para mampostería de dos tipos, aquella que se encuentra sobre el

suelo directamente y para muros interiores, o mampostería por encima del nivel del suelo,

sometidas principalmente a esfuerzos de compresión, presiones laterales, vientos y sismos.

La mampostería en contacto directo con el suelo se emplea para cimentación en donde se

hace uso tanto de piezas macizas como huecas, o donde pueden apreciarse muros huecos.

Por otro lado, los muros interiores se aplican a pilas de mampostería maciza, muros de

mampostería maciza o hueca o revestimiento de mampostería existente, entre otros.

Dadas las exigencias de este tipo de estructuras se requiere el uso de morteros como éste,

que ofrecen alta resistencia y mayor durabilidad ante la presencia de tales condiciones.

- 12 -


Mortero tipo S:

Además de la alta resistencia que puede alcanzar, éste mortero se caracteriza

principalmente por desarrollar mayor adherencia frente a otros tipos de mezclas, lo que lo

hace especialmente apto, no sólo para usos similares a los del tipo M, sino en aquellas

estructuras sometidas normalmente a cargas de compresión que requieren de su alta

capacidad de liga para soportar grandes esfuerzos de flexión.

Mortero tipo N:

Aunque este tipo de mortero desarrolla una moderada resistencia, a la vez se caracteriza por

su gran trabajabilidad y economía, lo cual es bastante útil y aplicable para a la hora de

trabajar con mampostería en contacto con el suelo, principalmente para muros de piezas

macizas, o en mampostería interior, en donde sirve para pilas de mampostería maciza,

muros de mampostería con piezas macizas, con piezas huecas o bloques de vidrio y

pañetes.

Mortero tipo O:

Las aplicaciones de este tipo se limitan a muros no soportantes, que se componen por

unidades de mampostería macizas, muros divisorios, muros de apoyo sometidos a bajos

esfuerzos de compresión y para pañetes o revoques, puesto que estas mezclas no alcanzan

buena resistencia ni endurecen ante la presencia de humedad, más sin embargo gozan de

una excelente manejabilidad, trabajabilidad y por supuesto un bajo costo.

Por otro lado, los morteros empleados para mampostería reforzada y de relleno (GROUT) se

encuentran regulados bajo la norma ASTM C-476 en donde se distinguen dos tipos, los PM y

los PL, clasificados según resistencia y dosificación de la siguiente manera:

- 13 -


Tabla Nº 1.4: Clasificación ASTM C-476 de morteros de pega para mampostería reforzada,

según resistencia a la compresión a 28 días y según dosificación (partes por volumen).


A demás, también son utilizados en la construcción de chimeneas e incineradores, o para

instalaciones industriales, ya que poseen una alta resistencia térmica y resistencia ante

agentes químicos.

� Morteros de cemento:

Cuando las obras en donde condiciones de trabajo o ambientales requieren de morteros con

altas resistencias iniciales y muy elevadas, se hace uso de este tipo de mezclas, en donde a

su esqueleto de granos de arena se le adicionan aglomerantes, tales como cementos

naturales o cemento Pórtland, con el fin de lograr que cada grano de agregado quede

cubierto con una capa del mismo en donde se garantice una mezcla homogénea y compacta

haciendo uso de la menor cantidad de cemento posible.

La preparación de este mortero debe efectuarse de manera continua, en donde el amasado

de los componentes se lleve a cabo en el menor tiempo posible, debido al rápido fraguado

del material cementante, razón por la cual, generalmente, se mezclan la arena y cemento

antes de adicionar el agua.

Sus condiciones de trabajabilidad, resistencia, y susceptibilidad al agrietamiento, varían

directamente de acuerdo al contenido de cemento, entre menor sea éste mucho más áspera

e intrabajable será el producto que pueda obtenerse, por ejemplo una de las maneras para

aumentar la manejabilidad de éste consiste en utilizar arenas con ligeras proporciones de

limos y arcillas.

- 14 -


Ya que las características del mortero se encuentran íntimamente ligadas con las

proporciones de sus componentes, por ende los usos para los cuales son aptos también lo

están, por tal razón en el medio colombiano la experiencia ha llevado a clasificar los usos de

los mismos aunque esto no constituye lo que se podría llamar un estándar.

Tabla Nº 1.5: Usos de los morteros de cemento.


1.1.4.2 Clasificación del mortero según su sistema constructivo

Las propiedades de los morteros también pueden ser manipuladas según el sistema

constructivo bajo el cual sea elaborado, lo cual puede llevarse a cabo premezclando los

componentes y luego transportar la mezcla o hacerlo directamente en obra.

� Mortero premezclado:

Este sistema de elaboración permite disfrutar de algunas ventajas dada la posibilidad de

tener control en las dosificaciones, lo cual genera mayor uniformidad y calidad de las

mezclas. No requiere de lugares especialmente apropiados para su almacenamiento y

puede trabajarse al día siguiente.

Este sistema de fabricación presenta dos opciones, la obtención de una pasta conformada

por arena, cal hidratada o pasta de cal, agua y aditivos, que luego es transportada hasta el

lugar de obra, en donde se le añade el cemento y agua adicional, o una mezcla empacada

- 15 -


que sólo necesita una adición de agua, puesto que todos sus componentes se encuentran

dispuestos para tal manejo.

� Mortero mezclado en obra:

A diferencia del anterior sistema de fabricación éste mortero requiere de lugares

especialmente acondicionado para el almacenamiento de sus componentes, áreas libres de

humedad donde se minimice al máximo el contacto con el sol, la lluvia o el viento.

Con el fin de lograr una homogeneidad en la mezcla se recomienda hacer uso de un

mezclador mecánico, aunque por lo general este proceso se lleva a cabo manualmente, en

donde los materiales, según la dosificación requerida, se integran con ayuda de algunas

herramientas simples.

1.1.5 PROPIEDADES DEL MORTERO DE CEMENTO PORTLAND

El mortero como un todo pasa por dos estados, el plástico y el endurecido, por lo tanto es

importante reconocer las propiedades en ambas fases.

1.1.5.1 Mortero en estado plástico

� Manejabilidad:

Esta propiedad se encuentra directamente relacionada con la consistencia, es decir con el

estado de fluidez, que tan blanda o seca se encuentre la mezcla. Es una forma de medir la

facilidad con la cual es posible esparcirla en las unidades de mampostería o a la hora de

hacer un revestimiento.

Aunque la fluidez puede determinarse por medio del ensayo de la mesa de flujo, descrito en

la ASTM C-230, generalmente su aceptación depende de la apreciación subjetiva hecha por

el albañil o el mampostero que se encuentre realizando el trabajo.

- 16 -


� Retención de agua:

Puede definirse como la capacidad o habilidad de la mezcla para mantener su plasticidad al

estar en contacto con unidades de mampostería, consideradas superficies absorbentes.

Esta propiedad se encuentra ligada a la velocidad de endurecimiento y al proceso de

hidratación del cemento, lo cual incide directamente con la resistencia final a la compresión.

� Velocidad de endurecimiento:

Los tiempos de endurecimiento dependen de factores tales como las condiciones climáticas

o la composición de la mezcla, sin embargo son fácilmente controlables haciendo uso de

aditivos, de cualquier forma siempre se deben encontrar entre límites adecuados que oscilen

entre 2 y 24 horas.

1.1.5.2 Mortero en estado endurecido

� Retracción:

Las pastas puras con alta relación de agua cemento son bastante afectadas por la

retracción, conjunto de reacciones química de hidratación de la misma. Aparentemente esta

propiedad es proporcional al espesor de la capa de mortero y a la capa de cemento, hecho

que puede minimizarse utilizando cementos de baja retracción al secado y arenas de buena

granulometría con una presencia baja de finos.

� Adherencia:

Gracias a ésta propiedad un mortero puede resistir pandeo, cargas transversales y

excéntricas y proporcionar resistencia a la estructura, dada la capacidad que desarrolla para

absorber tensiones normales y tangenciales entre las superficies de ésta que colindan con la

mezcla.

Un diseño en donde se presente baja retención de agua junto a altas resistencias genera

adherencias pobres, aunque la rugosidad de los bloques también tiene mucho que ver, este

problema puede verse disminuido si se hace uso de morteros plásticos, cuyas superficies de

- 17 -


colocación no requieran ser previamente humedecidas, garantizando una íntima unión entre

las piezas de mampostería.

� Resistencia:

Una estructura siempre se encontrará expuesta a soportar cargas, más altas a las

normalmente toleradas, durante fenómenos naturales tales como sismos, por tal razón un

mortero debe actuar como una unión resistente que absorba tensiones al corte y a la

tracción.

A la hora de obtener morteros de alta resistencia, haciendo uso del mismo cemento con

diferentes proporciones y tamaños de arenas, puede presentarse el caso en donde con una

mayor cantidad del material cementante, para un mismo volumen de mortero, se obtengan

mezclas de mayor resistencia e impermeabilidad, o el caso donde con el mismo porcentaje

de cemento se presente mayor densidad o mayor contenido de materiales sólidos.

Aunque a nivel mundial puede garantizarse un cemento de primera clase, libre de

impurezas, es realmente importante reconocer que las propiedades de un mortero, tales

como durabilidad, permeabilidad o porosidad, entre otras, dependen de su composición

granular en los elementos que lo integran y por ende la resistencia también se ve afectada.

El agua también tiene influencia sobre esta propiedad, puesto que morteros más secos

desarrollan mayores resistencias que morteros húmedos, ya que éstos tienen la oportunidad

de ser más densos, sin embargo cabe resaltar que los morteros plásticos proporcionan

resultados más uniformes.

� Durabilidad:

Las condiciones climáticas siempre azotarán a los morteros con los efectos producidos por

bajas temperaturas, penetración de agua, desgaste por abrasión, retracción al secado,

eflorescencia, materiales corrosivos o gradientes térmicos, entre otros, por lo tanto la

resistencia que desarrolle éste ante dichos agentes se conoce como durabilidad.

- 18 -


Aunque se cree que aquellos que desarrollan altas resistencias también tienen una buena

durabilidad, se recomienda hacer uso de aditivos inclusotes de aire, sobre todo en ambientes

agresivos cuyas condiciones sean bastante húmedas o de tipo marino.

� Apariencia:

Las tendencias innovadoras, propuestas por los profesionales de la construcción, hacen más

común, día a día, técnicas en donde se presenten acabados con ladrillo a la vista, por lo

tanto es preciso hacer la selección y dosificación adecuada de los componentes, garantizar

la plasticidad de las mezclas y buen acabado de las superficies. Por otro lado,

particularidades tales como color y texturas pueden ser mejoradas valiéndose de colorantes

inorgánicos o con aditivos especiales.

1.7 LADRILLO

Aquellas piezas cerámicas, en forma de paralelepípedo, conformadas por tierras arcillosas,

moldeadas, comprimidas y sometidas a cocción son las que se conocen trivialmente como

ladrillos, cuyas características de calidad están dadas por su solidez, resistencia y

apariencia.

Según la NSR-9813 las unidades de mampostería se definen como aquellas piezas

fabricadas de concreto, cerámica (arcilla cocida), silito-calcáreas o de piedra, que según su

forma pueden clasificarse en piezas de perforación vertical, horizontal o macizas, estás

últimas corresponden a aquellas cuyas cavidades ocupan un porcentaje menor al 25% del

volumen total de la misma.

1.7.1 Tipos de ladrillo

Los ladrillos pueden clasificarse principalmente según los materiales que los conforman,

aunque existen otras clasificaciones menos importantes tales como según su forma, su tipo

de fabricación, o según su cocción.

13 NSR-98, Calidad de los materiales en mampostería estructural. Unidades de mampostería. Capítulo D.3.6

- 19 -


1.7.1.1 Clasificación de los ladrillos según sus materiales de fabricación.

Según los materiales de fabricación existen básicamente tres tipos de ladrillo aquellos

elaborados de arcilla, los fabricados de materiales cementicios y los de adobe.

� Ladrillos de arcilla:

Dentro de ésta clasificación se encuentran las piezas más utilizadas en el campo de la

construcción, que como su nombre lo indica son fabricados con arcilla y luego sometidos a

un proceso de cocción, tales como los utilizados en la elaboración de muros, fachadas o

ladrillo a la vista, vidriados, refractarios, para pisos, para pavimentos y para drenajes.

Este tipo de ladrillos se pueden clasificar en perforados, cuya área neta es menor al 75% del

área bruta, o en sólidos en donde su área de perforación corresponde a un porcentaje menor

al 25% se la sección neta de la pieza.

Para garantizar la calidad de cada una de las piezas éstas deben cumplir con las exigencias

establecidas en la norma así:

- Unidades de perforación vertical (bloque): Deben cumplir con la NTC 420514 o con la

ASTMC34.

- Unidades de arcilla maciza para mampostería estructural (tolete): Deben cumplir con la

NTC 4205 o la ASTM C652, C62).

- Unidades de arcilla para mampostería no estructural: deben cumplir con la NTC 4205 o

con la ASTM C56, C212, C216.

� Ladrillos de materiales cementicios:

Aquellos elaborados con cemento y que endurecen bajo acción química son los que se

encuentran dentro de ésta categoría, tales como los ladrillos de arena y cal o los ladrillos y

bloques de cemento.

14 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombianas 2001. Unidades de mampostería de arcilla cocida, ladrillos y bloques cerámicos.

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Para garantizar la calidad de cada una de las piezas éstas deben cumplir con las exigencias

establecidas en la norma así:

- Unidades de perforación vertical (bloque) portantes: Deben cumplir con la NTC 402615 o

con lo establecido en la ASTM C90.

- Unidades macizas (tolete) portantes: Deben cumplir con la NTC 4026 o con lo

establecido en la ASTM C55.

- Unidades para mampostería no estructural: Deben cumplir con la NTC 407616 con lo

establecido en la ASTM C129.

� Ladrillos de adobe:

Se consideran los antecesores de los ladrillos de arcillas ya que son una forma muy básica

de elaboración de los mismos, que han sido empleados en las construcciones desde la

antigüedad; incluso en la actualidad existen ejemplos de ciudades enteras levantadas con

este tipo de piezas, como es el caso del sur de Yemen, donde sus viviendas, hoteles y hasta

el aeropuerto se encuentran construidos con este tradicional estilo.

Figura Nº 1.1: Panorama del sur de Yemen construido en adobe.

Por : Daniel Simon/Liaison Agency.�

Fuente: Microsoft ® Encarta ® Biblioteca de Consulta 2002.

Este tipo de piezas es fabricado con una mezcla de tierra arcillosa, paja, arena y estiércol, en

dónde por medio de un molde sencillo de madera es compactado a mano, para luego ser

sometido a un proceso de secado y endurecido bajo efecto de los rayos solares. 15 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombianas 2001. Unidades de concreto, bloques y ladrillos para mampostería estructural. 16 ICONTEC, Catálogo Normas Técnicas Colombianas 2001. Unidades de concreto, bloques y ladrillos para mampostería no estructural.

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1.7.1.2 Clasificación de los ladrillos según su forma.

Los ladrillos según su forma pueden clasificarse como macizos, de panal, macizos

perforados, huecos, aplantillados, de mocheta, trahucos, rasillas, plaquetas, especiales,

refractarios, aligerados, flotantes, hidráulicos y coloreados.

Ladrillos macizos: Aquellos de masa compacta y de forma regular, generalmente suelen

llevar dos perforaciones paralelas a una de las aristas con el fin de lograr aligerarlos de tal

manera que se puedan trabajar con mortero en hiladas.

Ladrillos de panal: Muy similares al ladillo macizo con la diferencia que éstos en vez de

perforaciones llevan un panal que los atraviesa, haciéndolo aún más ligero que el

anteriormente mencionado.

Ladrillo macizo perforado: Corresponde a las piezas cuyas perforaciones son paralelas a

cualquiera de sus aristas y su volumen total de perforación es superior al 5% pero nunca

mayor al 33%.

Ladrillos huecos: Corresponde a aquellas piezas cuyo volumen de perforación supera el 33%

del neto del ladrillo.

Ladrillos aplantillados: Son aquellos cuya geometría no corresponde a un paralelepípedo,

tienen forma de cuña, y son utilizados principalmente en la elaboración de dinteles,

chimeneas o cornisas.

Ladrillos de mocheta: Son los mismos que los rectangulares sólo que tienen un corte

cuadrado en una de sus aristas con el fin de adaptarlos a cercos.

Ladrillos trahucos: Aquellos de menor longitud propios para emparejar arranques o remates.

Ladrillos rasilla: Ladrillos de una menor dimensión, que pueden ser huecos o macizos, y

cuya fabricación se da es exclusivamente mediante métodos mecánicos.

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Ladrillos plaquetas: Son pequeñas piezas de 2 a 3 cm. de espesor empleadas como

recubrimiento en frentes o fachadas (tabletas).

Ladrillos especiales: Son aquellos que por sus características de forma y tamaño reciben el

nombre de ladrillos más sin embargo han sido fabricados bajo procedimientos especiales.

Ladrillos refractarios: Son los fabricados con arcillas refractarias, preparados desengrasando

arcilla muy pura con arena silícea fina, éstos llegan a resistir temperaturas de hasta 1580ºC.

Ladrillos aligerados: Este tipo de piezas se obtienen de la mezcla de arcilla y aserrín o polvo

de corcho, componentes que durante la cocción desaparece produciendo ladrillos muy

porosos.

Ladrillos flotantes: Corresponden a aquellos cuya densidad es menor a la del agua.

Ladrillos hidráulicos: Son aquellos fabricados con mezclas que contienen arcilla seca y

molida en una concentración del 91.5%, limadura de hierro en un 3%, cloruro de sodio en un

2% y cenizas de sauce e un 2%.

Ladrillos coloreados: Este efecto se obtiene de mezclar colorantes con arcillas blancas

(Kaolines), desengrasándolos con arena silícea para evitar la aparición de óxidos de hierro

que le den un aspecto rojizo, como generalmente se aprecian.

Para dar una idea más cercana con la realidad en la Figura Nº 1.2 podemos apreciar los

ejemplos típicos de ladrillos según su forma.

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Figura Nº 1.2: Ejemplos típicos de ladrillos según su forma.

Fuente: NTC 4205, Catálogo de Normas Técnicas Colombianas 2001, Ingeniería y Arquitectura. Unidades de Mampostería de Arcilla Cocida, Ladrillos y bloques cerámicos.

1.7.1.3 Clasificación de los ladrillos según su tipo de fabricación.

La fabricación de los ladrillos puede llevarse a cabo bajo procesos de tejares, de mesa,

mecánicos o prensados. Los ladrillos de tejar corresponden a un tipo de pieza elaborada a

mano, moldeada con gradillas sobre el suelo, para luego ser cocidas en hornos abiertos,

mejor conocidos como hormigueros, logrando acabados toscos con caras rugosas, a

diferencia de los ladillos de mesa, quienes siguen el mismo proceso, con la única diferencia

de ser fabricados sobre superficies lisas. Por otro lado los llamados mecánicos, o cerámicos,

siguen un proceso en donde son moldeados con galleteras y cocidos en hornos fijos. Por

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último los ladrillos prensados se elaboran mediante potentes prensas y luego de su cocción

se puede apreciar una pieza muy pulida de caras muy finas.

1.7.1.4 Clasificación de los ladrillos según su cocción.

Según el proceso de cocción al que hallan sido sometidas las piezas se obtienen diferentes

resultados así:

Ladrillos Santos: Debido a su exceso de cocción sufren una vitrificación lo que genera una

apariencia retorcida en las piezas, pudiendo observar zonas excesivamente quemadas y un

tono azulado en general.

Ladrillos Escafilados: Estas piezas son expuestas a cocción por tiempos prolongados lo que

genera vitrificación y alabeo en éstas.

Ladrillos Recochos: Corresponde a aquellos con un grado exacto de cocción lo que les

permite desarrollar gran resistencia.

Ladrillos Pintones: La falta de uniformidad durante el proceso de cocción en estas piezas

provoca la aparición de manchas pardas o rojas; el color es un indicador importante del

tiempo de cocción, colores rojizos indican un tiempo suficiente para que las piezas

desarrollen una resistencia suficiente.

Ladrillos pardos: Aquellas piezas que han recibido solamente un punto de cocción,

presentan colores pardos luego de climatizarse.

Ladrillos Porteros: Corresponden a aquellas piezas que no tuvieron un adecuado tiempo de

cocción por lo cual se han desecado.

1.7.2 Propiedades de los ladrillos

Dentro de las propiedades características de los ladrillos podemos encontrar resistencia a la

compresión y la tracción, módulo de elasticidad y relación de Poisson, contenido de

humedad y capacidad de absorción.

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1.7.2.1 Resistencia a la compresión

La resistencia a compresión (f’cu) que desarrollan las unidades dependen principalmente del

material con el cual hallan sido elaborados y del tipo de pieza del cual se esté hablando.

Generalmente las piezas que hacen parte de muros de mampostería presentan una

significativa reducción en su resistencia.

Tabla Nº 1.6: Resistencia a la compresión de diferentes unidades de mampostería.

MATERIAL INTERVALO, f'cu (Ton/m2)

Piedra 4.000 < f'cu < 10.000

Hormigón macizo 1.500 < f'cu < 2.500

Arcilla 500 < f'cu < 2.000

Hormigón aligerado 400 < f'cu < 600

Adobe 100 < f'cu < 150

Fuente: BONETT DÍAZ, Ricardo León. “Vulnerabilidad y riesgo sísmico de edificios. Aplicación a entornos urbanos en zonas de amenaza alta y moderada”.España.Tesis Universidad Politécnica

de Cataluña.

Aunque al hacer una relación esfuerzo-deformación los resultados son realmente inciertos,

sin embargo para ladrillos de arcilla, bajo condiciones experimentales, se concluye que éstos

presentan un comportamiento lineal antes de llegar a la falla donde su resistencia disminuye

rápidamente.

En Colombia, según la NSR – 9817 la determinación del valor correspondiente a la

resistencia a la compresión de unidades de mampostería puede determinarse

experimentalmente. La NTC-4205 indica que ésta propiedad varía según la disposición de

las perforaciones y del volumen, de la misma manera se ve afectada por el hecho de tratarse

de unidades para uso estructural o no estructural. En la Tabla Nº 1.7 y Nº 1.8 pueden

apreciarse los valores típicos de resistencia a la compresión de unidades de mampostería

estructural y no estructural respectivamente.

17 NSR – 98, Calidad de los Materiales en la Mampostería Estructural, Unidades de Mampostería, Capitulo D 3.7.1

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Tabla Nº 1.7: Resistencia a la compresión unidades de mampostería estructural.

Absorción de agua máxima en % Resistencia mínima a la compresión Pa(Kgf/cm²) Interior Exterior Tipo

Prom 5 U Unidad Prom 5 U Unidad Prom 5 U Unidad

PH 5,0 (50) 3,5 (35) 13 16 7 a 13,5 14

PV 18,0 (180) 15,0 (150) 13 16 7 a 13,5 14

M 20,0 (200) 15,0 (150) 13 16 7 a 13,5 14

Donde:

- Ladrillos: de perforación vertical. (PV) - Bloques: perforación horizontal. (PH) - Macizos: (M)

Fuente: NTC 4205, Catálogo de Normas Técnicas Colombianas 2001, Ingeniería y Arquitectura. Unidades de Mampostería de Arcilla Cocida, Ladrillos y bloques cerámicos.

Tabla Nº 1.8: Resistencia a la compresión unidades de mampostería no estructural.

Absorción de agua máxima en % Resistencia mínima a la compresión Pa(Kgf/cm²) Interior Exterior Tipo

Prom 5 U Unidad Prom 5 U Unidad Prom 5 U Unidad

PH 3,0 (30) 2,0 (20) 17 20 7 a 13,5 14

PV 14,0 (140) 10,0 (100) 17 20 7 a 13,5 14

M 14,0 (140) 10,0 (100) 17 20 7 a 13,5 14

Donde:

- Ladrillos: de perforación vertical. (PV) - Bloques: perforación horizontal. (PH) - Macizos: (M)

Fuente: NTC 4205, Catálogo de Normas Técnicas Colombianas 2001, Ingeniería y Arquitectura.

Unidades de Mampostería de Arcilla Cocida, Ladrillos y bloques cerámicos.

1.7.2.2 Resistencia a la tracción

Por medio de ensayos como tensión uniforme, tensión indirecta y flexión puede obtenerse el

valor correspondiente a la resistencia al corte, que por lo general se expresa en función de la

resistencia a la compresión.

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Si se desea obtener valores muy cercanos a la realidad se recomienda llevar a cabo el

ensayo de tensión indirecta, ya que éste proporciona mediciones más acertadas acerca de la

tensión sometida a fuerzas en su propio plano.

Para unidades de mampostería, se encuentra que la relación esfuerzo-deformación sigue un

comportamiento lineal hasta llegar al esfuerzo máximo, en donde se produce una falla frágil.

1.7.2.3 Módulo de Elasticidad y Relación de Poisson

Aunque no se conoce con exactitud acerca de la relación de Poisson para unidades de

mampostería, estudios de carácter experimental han arrojado un rango entre el cual éste

puede oscilar, en donde para los diferentes tipos de mampostería se encuentra entre 0.13 a

0.2.

Por otro lado, se puede decir que mientras piezas de mampostería de arcilla presentan un

comportamiento un elástico-lineal, aquellas unidades de hormigón no lo hacen.

Al hablar de módulo de elasticidad E, para unidades de mampostería, se puede decir que

éste depende principalmente del tipo de material con el cual halla sido fabricada y de la

resistencia a la compresión f’cu que desarrolle. Generalmente el valor de dicho módulo se

puede determinar haciendo uso de la ecuación expuesta en las notas de clase del curso de

estructuras de la Universidad de o Andes.

E = 1000 * f’cu (MPa)

1.7.2.4 Contenido de humedad y absorción

Estas dos propiedades se podrían considerar como las más importantes para las unidades

de mampostería, debido a su gran incidencia en el comportamiento de las mismas.

Se entiende por contenido de humedad a la cantidad de masa de agua contenida en una

pieza por unidad de volumen, lo cual se puede expresar tanto en términos relativos como en

términos absolutos a la densidad de la misma cuando se encuentra seca. En generales, los

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valores típicos de contenido de humedad varía entre 50 y 60 Kg/m3 o de 2 a 3 %

respectivamente.

Por otro lado, al hablar de capacidad de absorción, se puede determinar por medio de dos

parámetros principales, la absorción total y la tasa inicial de absorción. Se conoce a la

cantidad total de agua para saturar la unidad de mampostería como absorción total, mientras

que la masa de agua por unidad de área y por unidad de tiempo corresponde a la tasa inicial

de absorción, la cual por lo general varía entre 0.15 a 0.5 Kg/m3 (como mínimo).

1.8 MADERA

1.8.1 Tipos de madera

Según la NSR-98 y el Manual de Diseño para maderas del grupo Andino la clasificación

mecánica de la madera se realiza según la densidad básica que ésta posea, dada su directa

relación con la resistencia. Entiéndase como densidad básica al cociente entre la masa de la

madera seca al horno y el volumen de la misma en estado verde, y se clasifica en tipo A, B y

C, según la Tabla Nº 1.9.

Tabla Nº 1.9: Clasificación de la madera según densidad básica.

Grupo Densidad básica

A > 710 Kg./m³ B De 560 a 700 Kg./m³ C De 400 a 500 Kg./m³

Fuente: Normas Colombianas de diseño y construcción sismo-resistente (NSR-98).

Edificaciones en madera, Materiales, Capítulo G1.3.4.

Por otro lado, una vez se ha determinado la clasificación de un espécimen, también es

necesario conocer los esfuerzos admisibles, característicos de cada grupo, como puede

apreciarse en la Tabla Nº 1.10. Estos valores, reportados en dicha tabla, son aplicables en

caso de tener madera cumpla la totalidad de la norma de clasificación visual según la NSR-

98.

- 29 -


Tabla Nº 1.10: Esfuerzos admisibles para cada tipo de madera.

Grupo Fb (MPa) Ft (MPa) Fc (MPa) Fp (MPa) Fv (MPa) A 21,0 14,5 14,5 4,0 1,5 B 15,0 10,5 11,0 2,8 1,2 C 10,0 7,5 8,0 1,5 0,8

Donde: � Fb: Esfuerzo admisible a flexión.

� Ft: Esfuerzo admisible a tensión paralela a la fibra.

� Fc: Esfuerzo admisible a compresión paralelo a la fibra.

� Fp: Esfuerzo admisible a compresión perpendicular a la fibra.

� Fv: Esfuerzo admisible a cortante paralelo a la fibra.

Fuente: Normas Colombianas de diseño y construcción sismo-resistente (NSR-98). Edificaciones en madera, Solicitaciones admisibles, Capítulo G2.2.1, Tabla G 2.1.

Por otro lado, además de las propiedades mecánicas, también son importantes los valores

característicos relacionados con las propiedades elásticas de la misma. En la tabla Nº 1.11

puede encontrarse el E min. (Módulo de elasticidad mínimo) y el E Prom. (Módulo de

elasticidad promedio) admisibles para cada uno de los tipos de madera.

Tabla Nº 1.11: Módulos de elasticidad longitudinal admisibles para cada tipo de madera.

Grupo E min. (MPa) E Prom. (MPa) A 9500 13000 B 7500 10000 C 5500 9000


Cabe mencionar, que la NSR-98 contempla la variación unitaria en el contenido de

humedad, que oscila entre el 10 y el 30%, y su incidencia en cada una de las propiedades.

De acuerdo con lo anterior se permite un porcentaje de variación de dichos valores de

resistencia mostrados en la Tabla Nº 1.12.

- 30 -


Tabla Nº 1.12: Porcentajes de variación permitidos en los valores característicos para cada propiedad de la madera.

Propiedad % de variación

Compresión paralela 4,6 Tensión paralela 3 Corte 3 Flexión 4 Módulo de elasticidad 2


Debe mencionarse que Colombia cuenta con el 6.8%18 de los bosques tropicales del mundo,

un 56%19 de su territorio se encuentra cubierto por ellos y más de 16 millones de hectáreas

son aptas para el cultivo de los mismos. A partir de esta información es posible determinar

que existe una gran diversidad de especimenes a la cual es posible acceder en nuestro país,

diversidad dentro de la cual pueden encontrarse maderas que cumplen con las

características de cada uno de los tipos anteriormente expuestos, tal como se muestra en la

Tabla Nº 1.13.

18 MURILLO Morales Sandra V, DEVIO Castillo Carlos Alfonso. “Aprovechamiento sostenible de los bosques para incentivar la construcción con madera en Colombia. Pontificia Universidad Javeriana. 19 MURILLO Morales Sandra V, DEVIO Castillo Carlos Alfonso. “Aprovechamiento sostenible de los bosques para incentivar la construcción con madera en Colombia. Pontificia Universidad Javeriana.

- 31 -


Tabla Nº 1.13: Clasificación de las maderas colombianas según grupo estructural.

Nombre común Grupo

Abarco B Aceite mario C

Achapo C Ají, arracacho B

Algarrobo A Avichun B Bálsamo A Caimito A Carrá C

Ceiba amarilla C Ceiba tolna C

Copaiba C Costillo A Cupaiba B Chanul A

Chaquiro A Chocolatillo A

Chocho B Chuguacá C Chupón B

Nombre común Grupo Dinde B

Dormilón C Fernán Sánchez C

Flor morado (roble) B Guaimaro B Guayabo B Guayabón B Machare B

Mora B Murcillo C

Nato B Oloroso A Pantano B

Pino real (chaquiro) C Punte candado A

Saman C Sande C

Sangregao A Tananeo A

Tangará C

Fuente: Normas Colombianas de diseño y construcción sismo-resistente (NSR-98).

Edificaciones en madera, Maderas Colombianas según Grupo Estructural, Capítulo G-B.1, Tabla G-B-1.

1.8.2 Propiedades resistentes de la madera

Con base en las tres direcciones principales que pueden reconocerse en una pieza de

madera, longitudinal, radial y tangencial, las cuales son ortogonales entre si, se describen

las propiedades de resistencia de dicho material, cuyos esfuerzos básicos se obtienen

mediante probetas pequeñas, libres de defectos, ensayados bajo el procedimiento descrito

en la norma ASTM D-14320.

20 ASTM D-143 Methods Of Testing Small Clear Specimens Of Timber.

32


Figura Nº 1.3: Direcciones ortogonales de la madera.

Fuente: Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino.

En el numeral 1.3.1, Tipos de Madera, de éste trabajo, se manifestó que según la NSR-98 el

módulo de elasticidad evaluado para éste material es el correspondiente a la dirección

longitudinal, de la misma manera se mostraron valores típicos del mismo, según el grupo

estructural al cual pertenezca la muestra, en la Tabla Nº 1.11.

1.8.2.1 Resistencia a la compresión paralela

Dado el hecho que las fibras se encuentran orientadas en dirección del eje longitudinal y que

a su vez coinciden con la orientación de las microfibras, que constituyen la capa media de la

pared celular, capa de mayor espesor de las fibras, se presenta una gran resistencia a los

esfuerzos de compresión paralela a éstas, que corresponde a más o menos la mitad de la

que es capaz de desarrollar a la tracción.

Al realizar ensayos con probetas de laboratorio, se encuentra que valores típicos del

esfuerzo de rotura en compresión paralela a las fibras varían entre 100 y 900 Kg /cm2, para

maderas tropicales, y que el esfuerzo en el límite proporcional es de aproximadamente el

75% del esfuerzo máximo, al mismo tiempo la deformación es del orden del 60% de la

misma.

1.8.2.2 Resistencia a la compresión perpendicular

Las fibras sometidas a este tipo de esfuerzo tienden a comprimir las pequeñas cavidades

contenidas en ellas, aumentando así su densidad y capacidad para resistir cargas mayores,

hecho que dificulta distinguir claramente una falla.

33


Dado que la resistencia se caracteriza por el esfuerzo al límite proporcional, cabe decir que

éste varía entre ¼ y 1/5 del esfuerzo en este punto en compresión paralela. Si la aplicación

de la carga se da en ángulos intermedios, entre 0º y 90º, los valores correspondientes a su

resistencia serán intermedios a los esperados si la aplicación de la carga fuera totalmente

ortogonal.

1.8.2.3 Resistencia a la tracción

Bajo este tipo de esfuerzos en una gráfica esfuerzo-deformación podría verse un

comportamiento lineal, con valores correspondientes a aproximadamente el doble de los

alcanzados a compresión paralela, en donde la naturaleza de falla tendría características

violentas y explosivas. Son valores típicos de éste ensayo, en el momento de rotura, de 500

a 1500 Kg /cm2.

1.8.2.4 Resistencia al corte

Al ser sometidas las piezas de madera a flexión se logra determinar el esfuerzo que éstas

desarrollan a corte o cizallamiento, aunque teóricamente éste es igual en un punto, sin

importar la dirección, para éste caso, dado que dicho material no es homogéneo, se dan

diferentes valores en cada una de las direcciones, paralela o perpendicular.

La menor resistencia se presenta en dirección paralela a las fibras, valores que varían entre

25 y 200 Kg /cm2, puesto que proviene de la capacidad del cementante que éstas contienen,

la lignina, mientras que perpendicularmente a las fibras llega a alcanzar resistencias 3 o 4

veces mayores al rango anteriormente expuesto.

1.8.2.5 Resistencia a la flexión paralela al grano

Al momento de diferenciar la resistencia a la tracción y a la compresión paralela se evalúa el

comportamiento de las vigas de madera a flexión. Dado que a compresión resiste mucho

menos que a tracción, la falla se genera precisamente en ésta zona, haciendo que el eje

neutro se desplace hacia la zona de flexión y de ésta manera se acelere e incrementen las

deformaciones totales.

34


Al realizar ensayos de laboratorio se encuentra que valores típicos promedios de la

resistencia a flexión varían entre 200 y 1700 Kg /cm2 según la densidad y contenido de

humedad que presente la probeta.

1.8.3 Propiedades elásticas de la madera

Las características elásticas de un material como la madera, que desde el punto ingenieril se

supone homogéneo, se encuentran representadas por los módulos de corte, de elasticidad y

de Poissón, orientados y definidos según sus tres ejes ortogonales.

1.8.3.1 Módulo de elasticidad

Éste módulo se obtiene directamente de la gráfica esfuerzo-deformación que se logra

mediante un ensayo de compresión paralela, aunque también puede ser encontrado

indirectamente por ensayos a flexión. En la Figura Nº 1.4 podemos observar curvas típicas

de esfuerzo-deformación para ensayos de compresión paralela, perpendicular y de flexión

indirecta, mejor conocido como de tracción.

Figura Nº 1.4: Curvas típicas de esfuerzo deformación típicas para madera.

Fuente: Manual de Diseño para Maderas del Grupo Andino.

35


Según los resultados obtenidos a lo largo del tiempo, se ha llegado a la conclusión que el

módulo de elasticidad a compresión paralela es mayor que el obtenido a flexión estática,

sin embargo éste último generalmente es tomado como el genérico para la especie en

estudio, debido a que las deflexiones constituyen un criterio básico a la hora de su

dimensionamiento.

1.8.3.2 Módulo de corte o rigidez

El módulo de corte representa la relación entre las deformaciones y los esfuerzos al corte,

aunque existen diferentes valores para cada una de las direcciones de la madera, el más

usual corresponde al hallado en la misma dirección de las fibras. Aquellos valores reportados

se encuentran en un rango de entre 1/16 y 1/25 del correspondiente al módulo de elasticidad

lineal hallado para un mismo espécimen.

1.8.3.3 Módulo de Poisson

La relación existente entre la deformación lateral y la longitudinal se conoce como módulo de

Poisson, que corresponden a un total de seis (6) ya que se relacionan las deformaciones en

las direcciones longitudinal, radial y tangencial.

1.9 MAMPOSTERÍA

Se conoce como mampostería a un sistema constructivo en donde interactúan dos tipos de

elementos, los bloques, o ladrillos, y el mortero de pega. Los primeros pueden haber sido

elaborados de manera natural o en fábricas, y pueden estar compuestos por varios

materiales, mientras que del segundo puede decirse que es aplicado en el contorno de los

ladrillos para dar cobertura a las juntas, horizontales y verticales.

1.9.1 Tipos de mampostería

Los tipos de mampostería a continuación expuesta se basan en la enumerada dada en la

Norma Colombiana Sismorresistente (NSR-98).

36


1.9.1.1 Mampostería no reforzada

Este sistema constructivo se basa en la unión de piezas de mampostería con mortero, cuyas

especificaciones no cumplen con las cuantías mínimas requeridas para la mampostería

parcialmente reforzada, a demás debe garantizar con lo establecido en el Capítulo D.9 de la

NSR-98, en donde se determina un sistema con capacidad mínima de disipación de energía

dentro del rango inelástico (DMI).

1.9.1.2 Mampostería de muros confinados

Por medio de una estructura de concreto reforzado se logra confinar las unidades de

mampostería unidas con mortero, garantizando así un sistema con capacidad moderada de

disipación de energía (DMO), dentro del rango inelástico, lo cual se especifica en el Capítulo

D.10 de la NSR-98.

1.9.1.3 Mampostería de muros diafragma

Aquellos muros construidos bajo éste sistema, en donde se restringe su desplazamiento libre

bajo cargas laterales por medio de pórticos, debe cumplir con lo establecido en el capítulo

D.11 de la NSR-98.

1.9.1.4 Mampostería parcialmente reforzada

La mampostería parcialmente reforzada, como su nombre lo indica, consiste en el refuerzo

de unidades de perforación vertical, con alambres y barras de acero, que garanticen un

sistema capaz de lograr una disipación mínima de energía dentro del rango inelástico (DMI),

según lo establecido en el Capítulo D.8 de la NSR-98.

1.9.1.5 Mampostería de cavidad reforzada

Este sistema constructivo se integra por dos muros paralelos, que pueden ser reforzados o

no, entre los cuales existe un espacio en concreto reforzado, de esta manera cumple con lo

determinado en el Capítulo D.6 de la NSR – 98, para así lograr un sistema estructural con

capacidad especial de disipación de energía dentro del rango inelástico (DES).

37


1.9.1.6 Mampostería reforzada

Aquellos muros alzados con piezas de perforación vertical, reforzados en su interior con

barras de acero, deben cumplir con el Capítulo D.7 en la NSR-98, para el caso en donde la

totalidad de sus cavidades se encuentran rellenas con mortero, se garantiza un sistema con

capacidad especial de disipación de energía, dentro del rango inelástico (DES), pero si las

cavidades a las cuales se les ha inyectado mortero corresponden solamente a aquellas en

las cuales se encuentra embebido el refuerzo la mampostería, actúa como un sistema con

capacidad moderada de disipación de energía (DMO), dentro del rango anteriormente

mencionado.

1.9.2 Tipos y usos de la mampostería no estructural

Para aquellas estructuras construidas bajo el sistema convencional de concreto reforzado el

empleo de la mampostería se limita a la elaboración de muros divisorios y fachadas, sin

embargo en viviendas de bajos recursos ésta constituye el principal elemento sobre el cual

se sostiene una edificación.

Por otro lado, fuera de sus usos estructurales, ésta es también aprovechada para la

construcción de subdivisiones de espacios, como aislante térmico y/o acústico, ofrece

protección contra el fuego y es de gran utilidad a la hora de dar un toque diferente en la

apariencia y estética de las edificaciones.

1.9.3 Comportamiento de la mampostería no estructural

Aunque la respuesta estructural de las edificaciones de mampostería varía de acuerdo a la

región del país en la cual se encuentre, estos elementos son susceptibles a sufrir daños

severos durante eventos sísmicos, lo cual conlleva a determinar los comportamientos típicos

de las mismas a esfuerzos de compresión, cortante, tracción, flexo-compresión y cortante, y

bajo cargas cíclicas y dinámicas en el plano.

38


1.9.3.1 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos de compresión

En términos generales la mampostería proporciona gran resistencia al ser sometida a

esfuerzos de compresión, hecho con el cual se concluye que el comportamiento y fallas ante

cargas axiales dependen principalmente de la interacción entre las unidades de

mampostería y el mortero de pega.

En vista que cada material se comporta diferente, aún estando sometidos bajo las mismas

condiciones de esfuerzos, de la misma manera las proporciones al deformarse son distintas,

así un material como el ladrillo, mucho menos deformable que el mortero, restringe las

deformaciones transversales de éste último. Como consecuencia, al mortero de pega le son

transmitidos esfuerzos de compresión transversal, mientras que a los ladrillos le son

transmitidos esfuerzos transversales de tracción, disminuyendo así su resistencia a la

compresión con respeto a la que puede ser encontrada por medio de un ensayo individual a

las piezas.

Existen varias maneras por medio de las cuales se puede obtener la resistencia a la

compresión de la mampostería, como por medio de datos históricos, métodos

experimentales o realizando ensayos sobre los materiales de manera individual.

Para obtener la resistencia a la compresión por medios experimentales, se debe seguir el

procedimiento descrito en el Capítulo D.7 de la NSR-98, allí se figura la elaboración de un

conjunto de prismas conformados por piezas superpuestas unidas con mortero de pega en

una proporción de altura-ancho de 5 a 1.5. En éste tipo de procedimiento la falla más común

es la formación de grietas verticales, generadas por las deformaciones transversales de las

piezas, sin embargo éstas dependen de la calidad de los materiales, hecho por el cual al

estar en presencia de unidades débiles puede presentarse el caso de fallas por

aplastamiento.

Dado a que la calidad y características de los materiales inciden directamente en la

respuesta de la mampostería ante esfuerzos compresores (f’m), es preciso exponer algunos

de éstos agentes:

39


- Tipos y geometría de mampostería: La resistencia a la compresión de la

mampostería se encuentra directamente relacionada con el porcentaje de área

perforada que ésta contenga, es así como si dicho porcentaje corresponde a

menos del 20%, la resistencia desarrollada por las piezas será similar a la

desarrollada por la mampostería, por el contrario si es superior al 20% ésta se

verá disminuida, dada la concentración de esfuerzos, principalmente en las

esquinas del muro.

- Características del mortero de pega: Éste material se encarga de restringir

deformaciones laterales de las piezas y así mejorar la resistencia del muro, hecho

por el cual varios ensayos han arrojado resultados de los cuales se puede concluir

que el mortero posee gran influencia sobre las deformaciones y adherencia que se

presenta en la mampostería. Por otro lado, la relación entre el espesor de la junta

de mortero y la altura de las unidades influye en la resistencia a la compresión de

la mampostería, de ésta manera si dicha relación es baja la resistencia

desarrollada por el muro será similar a la alcanzada por las piezas

individualmente, pero si por el contrario es alta la falla tiende a darse por

deslizamiento en la junta

- Humedad y absorción de las unidades de mampostería: Para no modificar las

propiedades del mortero es necesario saturar las piezas de mampostería

previamente, para de esta manera evitar que las mismas absorban el agua del otro

componente y así no incidan en su resistencia.

A continuación se recopilan algunos de los principales factores que pueden afectar la

resistencia a la comprensión de las unidades de mampostería, el mortero de pega y de los

muros en general.

40


Tabla Nº 1.14: Principales factores que afectan la resistencia a la compresión de la

mampostería.

Principales características que afectan la resistencia a la compresión de: Las unidades de mampostería Mortero de pega Muros de mampostería

Resistencia Resistencia Colocación Absorción Espesor Hechura Humedad Relación agua cemento Dirección de carga Relación altura espesor Características de deformación Adherencia Geometría Retención de agua


de Cataluña.

Según la NSR-9821, en su Capítulo D.3, se correlacionan los materiales para así, por medio

de la siguiente expresión, poder determinar teóricamente el valor de la resistencia a la

compresión de la mampostería.

mm

cucpp

cum

Rf

ffh

kf

hh

R

75.0'

'8.0'*375

50'*

3752

=

≤��

��

�

++�

�

��

�

+=

En donde los siguientes parámetros corresponden a:

Rm = Parámetro definido por la ecuación.

h = Altura de la unidad de mampostería, dada en milímetros (mm).

Kp = Factor de correlación por absorción de la unidad (Adimensional).

Kp = 0.8 para unidades de arcilla o silito calcáreas.

f’cp = Resistencia a la compresión del mortero de pega, dada en MPa.

- Relación esfuerzo-deformación: Dado que la mampostería es el resultado de

combinar un material elástico, como el mortero de pega, y uno inelástico,

correspondiente a las piezas de mampostería, ha sido necesario realizar múltiples

21 NSR-98, Calidad de los Materiales en la Mampostería Estructural, Unidades de Mampostería, Capítulo D.3.7.5.

41


ensayos para conocer la relación esfuerzo-deformación de la misma, llegando así

a la elaboración de figuras como ésta:

Figura Nº 1.5: Relación esfuerzo-deformación para mortero de pega, unidades de mampostería

y muros de mampostería.

Fuente: Paulay and Priestly, Seismic Desing of Reinforced Concrete and Masonry Buildings,

New York 1992.

- Módulo de elasticidad: A pesar que la mampostería estar compuesta por dos

materiales, cuyas deformaciones son diferentes, según la norma NSR-9822, es

posible determinar el módulo de elasticidad, para mampostería de arcilla (Em),

tomándolo como función de la resistencia a la compresión de la misma (f’m), en

donde asume un valor igual a:

MPafE mm 10000'*500 ≤=

1.9.3.2 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos cortantes

Al momento de analizar los efectos producidos por cargas laterales en la mampostería,

generadas por eventos sísmicos o por acción del viento, es preciso determinar las

consecuencias producidas por esfuerzos cortantes.

22 NSR-98, Calidad de los Materiales en la Mampostería Estructural, Módulos de Elasticidad y de Cortante, Capítulo D 5.2.1, Ecuación D.5-5.

42


Las fallas generadas por éste tipo de esfuerzos se ven representadas por la aparición de

grietas que atraviesan las unidades de mampostería, generadas por la respuesta frágil de

éstas, al verse sometidas a tracción, o el evidente desgaste que siguen la ruta trazada por la

juntas del mortero de pega, dada la debilidad entre ellas.

Según varias investigaciones realizadas, se ha determinado que la mampostería sometida a

esfuerzos compresores desarrolla una mayor resistencia al corte en las juntas de mortero,

hecho que se encuentra directamente relacionado con la adherencia entre dicho material y

las unidades de arcilla.

Dado que una propiedad como la adherencia es de gran influencia en el comportamiento de

los muros, es preciso enunciar algunos factores de cada material que inciden directamente

en ella. De esta manera las unidades de mampostería se ven afectadas por factores como

la porosidad, la tasa inicial de absorción de agua, la rugosidad de la superficie, el contenido

de humedad y la reactividad química; por otro lado el mortero es influenciado por las

características de la arena, la reacción limo-cemento, la capacidad de retención de agua, el

contenido de humedad y la presencia de aditivos.

Si bien aún no es posible cuantificar la influencia de cada uno de los factores anteriormente

mencionados, en el desarrollo de propiedades adherentes, sin embargo puede indicarse que

variables como el contenido de humedad de las unidades y la presencia de limos en la

mezcla de mortero son altamente incidentes en estas.

Sabiendo éste comportamiento en general se pueden identificar cuatro tipos de fallas que

corresponden a fallas por: fricción-cortante, por tensión diagonal, por compresión y por

tracción.

- Falla a fricción-cortante:

Al momento de verse afectada la fricción y la adherencia entre las unidades de mampostería

y el mortero de pega, generado por una disminución en sus uniones, los esfuerzos normales

a compresión se reducen mientras los producidos por cortante aumentan, desplazándose así

por las juntas horizontales del muro, ocasionando una agrietamiento escalonado en dirección

diagonal del muro.

43


Figura Nº 1.6: Falla por fricción-cortante en muros de mampostería no estructural.

Fuente: AIS, Manual de Construcción Evaluación y Rehabilitación Sismo resistente de Viviendas

en Mampostería, 2001.

- Falla por tensión diagonal:

Este tipo de falla es el resultado de la presencia de esfuerzos moderados a cortante y

compresores, que aumentan la resistencia al corte en las juntas de mortero, propiciando así

la aparición de grietas en las unidades de mampostería.

La inclinación de las grietas depende principalmente de la concentración de esfuerzos en las

unidades, en donde no sólo se logra observar el agrietamiento de éstas sino también el

deterioro del mortero de pega.

Figura Nº 1.7: Falla por tensión diagonal en muros de mampostería no estructural.



44


- Falla a compresión:

La falla a compresión se presenta cuando los esfuerzos normales son elevados, superando

ampliamente los esfuerzos cortantes y reduciendo considerablemente la resistencia a

compresión de la mampostería, hecho del cual se genera una respuesta similar a la de

compresión directa en donde las grietas aparecen por efecto de las deformaciones verticales

y se propagan en dicho sentido.

Figura Nº 1.8: Falla por compresión en muros de mampostería no estructural.



1.9.3.3 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos de tracción

La resistencia a tracción que logra desarrollar la mampostería se encuentra íntimamente

ligada con las características de adherencia existentes entre el mortero de pega y cada una

de as unidades.

A decir verdad las características de la falla pueden variar según la dirección de la carga de

tracción, la magnitud de adherencia que se desarrolle entre motero y unidades, y la

resistencia a tracción de las mismas, ocurriendo así diferentes tipos de falla.

Ya que los esfuerzos a tensión pueden presentarse tanto perpendicularmente a la juntas

como paralelo a éstas, el comportamiento de la mampostería es diferente para cada caso,

ocasionando fallas horizontales y verticales respectivamente.

45


Las fallas ocasionadas por tracción en ambos sentido son generadas principalmente por la

separación entre el mortero de pega y las unidades, sin embargo para esfuerzos de tracción

perpendicular, algunas unidades también pueden fallar por individualmente por tensión.

En la figura Nº 1.9 se puede apreciar el comportamiento de la mampostería ante esfuerzos

de tensión paralela como perpendicular a las juntas horizontales de mortero.

Figura Nº 1.9: Fallas de la mampostería no estructural por tensión.


de Cataluña.

1.9.3.4 Comportamiento de la mampostería sometida a esfuerzos de flexo-compresión

y de cortante

La complejidad de las edificaciones de mampostería no estructural radica principalmente en

la presencia de esfuerzos de todo tipo, a los que dichas estructuras se ven sometidas;

esfuerzos de compresión, cortante y flexión se presentan bajo la acción de cargas laterales y

de compresión, incrementando el riesgo en éste tipo de edificaciones.

El estudio de éste tipo de construcciones, de mampostería no estructural, ha concluido que

se trata de un material frágil, lo cual limita su resistencia lateral y lo hace muy atractivo a un

análisis, para fines de diseño, por el método de esfuerzos admisibles, desechando por

completo aquel que trabaje con fines de diseño inelástico, ya que dentro de las dudas que se

tiene de la misma se encuentra precisamente su comportamiento inelástico y resistencia a

cortante y flexión, entre otros.

46


Los coeficientes de ductilidad, dados en los códigos, constituyen una muestra clara de la no

consideración de un comportamiento inelástico de las edificaciones de éste tipo, asumiendo

fuerzas estáticas equivalente que actúan en la base, siguiendo el patrón del análisis indicado

anteriormente.

Ensayos experimentales, dinámicos y seudo-dinámicos, llevados a cabo sobre mesas

vibratorias, en donde se simulan movimientos sísmicos reales, han traído como resultado la

identificación de dos tipos de falla principalmente: a cortante y por flexión.

Aunque las fallas más comunes en mampostería no estructural (y algunas veces en

mampostería estructural) se generan por acción de los esfuerzos cortantes, es preciso saber

que la resistencia a flexión, aunque mucho menor que la desarrollada a cortante, es

generada por acción de las cargas verticales. Los anteriores hechos pueden explicarse por

medio de las siguientes consideraciones:

En vista que los muros por lo general no son muy altos, es decir su relación longitud/altura

es alta, el momento de inercia en su sección transversal es grande, haciendo así que las

deformaciones por esfuerzos cortantes predominen sobre las generadas por flexión. Los

agrietamientos y desplazamientos por flexión y cortante forman una cruz, llamada la cruz de

San Andrés, que aparece por acción de la distorsión angular (γ) por fuerza cortante con baja

curvatura por flexión, generando esfuerzos de tracción diagonal en la mampostería.

Las deformaciones a flexión se ven disminuidas en el momento en que los muros

transversales al flexionarse tratan de levantarse, lo cual es muy difícil que suceda.

Por otro lado, otra de las razones radica en que bajo la acción de cargas axiales, la

resistencia a flexión aumenta más rápidamente que la resistencia al corte, lo cual también

ocurre en muros esbeltos donde la relación altura/longitud es baja.

Para concluir, la mampostería es un conjunto mixto, formado por masas repartidas como los

muros y concentradas como los techos, del que se origina un sistema rígido en donde los

niveles de aceleración son bastante similares a los del suelo.

47


- Falla por cortante:

Éste tipo de falla ocurre en muros no muy altos, donde la relación altura/longitud es alta, y

que han estado expuestos a una gran carga pre-compresiva. Generalmente, primero

aparece una grieta diagonal al de la carga máxima y luego otra al alcanzar el valor máximo

de la carga horizontal (Ver Figura Nº 1.10 a y b). Las grietas diagonales cambian de sentido

cuando las cargas laterales también lo hacen (Ver Figura Nº 1.10 c y d).

Figura Nº 1.10: Fallas de la mampostería no estructural por cortante.


de Cataluña.

- Falla por flexión:

La aparición de grietas horizontales cerca a la base del muro, con una longitud de

aproximadamente 2/3 de la longitud total del muro, son el comienzo de éste tipo de falla,

claro que se puede presentar se el caso de la aparición de las mismas en otro sentido al

momento de devolverse la carga.

Cabe resaltar a mayor carga vertical mayor resistencia a la flexión, dado que la flexión se

encuentra íntimamente relacionada con las cargas verticales, provocadas entre otras por las

cargas transmitidas por los muros transversales.

48


Figura Nº 1.11: Fallas de la mampostería no estructural por flexión.



1.9.3.5 Comportamiento de la mampostería sometida a cargas cíclicas y dinámicas en

el plano

La resistencia, rigidez, ductilidad de los muros, el tipo de diafragma del piso, sus conexiones

y cargas verticales de compresión del sistema, son los principales factores que influyen en el

comportamiento dinámico de la mampostería no estructural.

Aún cuando se tiene la idea generalizada que la mampostería no estructural es inadecuada

para zonas sísmicas moderadas y altas gran cantidad de viviendas son de éste tipo, sin

embargo los ensayos bajo cargas cíclicas realizados con el fin de esclarecer las dudas

acerca de éste hecho son escasos. Los pocos experimentos seudo-dinámicos y dinámicos

realizados han concluido que las fallas ante eventos sísmicos serán de carácter explosivo y

frágil, ocasionando graves daños.

49


1.10 SISTEMAS DE REFUERZO EXISTENTES PARA MAMPOSTERÍA

Con el fin de proporcionar mayor capacidad de carga a las estructuras, y reducir la

vulnerabilidad sísmica de las mismas, puede adelantarse un sistema de refuerzo, aún sin

que haya ocurrido un sismo que pudiera haber ocasionado daños.

1.10.1 Construcción de vigas y columnas de confinamiento en concreto reforzado

Este tipo de refuerzo consiste en construir elementos en concreto, tales como vigas y/o

columnas, que van empotradas a éste, con el fin de lograr un confinamiento del mismo.

Para la construcción de dichos elementos se debe picar el muro en donde se desean

empotrar las nuevas vigas y columnas, colocando el acero de refuerzo según la disposición

del mismo, para luego ubicar las formaletas y fundir el elemento, realizando un proceso de

vibrado continuo para evitar la aparición de hormigueros que puedan ocasionar pérdida de

resistencia en dichos elementos. También es importante recordar llevar a cabo un proceso

de curado.

1.10.2 Revestimiento estructural en concreto reforzado

Con el fin de lograr un comportamiento monolítico, entre la superficie del muro y el concreto

con el cuál será revestido, ya sea neumáticamente, mejor conocido como lanzado, o

mediante capas moldeadas en el sitio, éste debe reforzarse y unirse así a la estructura.

Luego de haber removido el material suelto de la superficie del muro se anclan las barras de

acero, dispuestas verticalmente, con un espaciamiento entre ellas de 2 a 3 veces el espesor

del muro, para luego aplicar el concreto con un espesor uniforme y realizando un proceso de

curado durante los 7 días siguientes a la fundida.

50


Figura Nº 1.12: Proceso de instalación de revestimiento estructural en concreto reforzado.



1.10.3 Confinamiento de aberturas

En el caso en donde en un muro hallan sido dispuestas aberturas se construyen elementos

en concreto que permitan reforzar dichas áreas, con el fin de lograr un buen confinamiento.

Para la construcción de dichas unidades se realiza un procedimiento muy similar al descrito

en 1.5.1.

1.10.4 Reemplazo de muros no estructurales o muros con aberturas por muros

estructurales

Este sistema de refuerzo consiste en reemplazar un muro existente sin refuerzo por uno que

si lo contenga, en el momento de llevar a cabo dicho proceso se debe tener especial cuidado

en su construcción, de manera que se logren adaptar dovelas de empalme con el refuerzo

existente y así garantizar continuidad con el nuevo refuerzo.

1.10.5 Revestimiento estructural con fibras compuestas

Con el fin de aumentar la resistencia a la tensión en un muro se pueden aplicar fibras

delgadas de vidrio o carbono, haciendo uso de una resina epóxica aglutinante, sin olvidar

que éstas no aumentan la rigidez del muro que refuerzan.

Este sistema constructivo consiste en aplicar una capa delgada de aglutinante, luego de

rellenar las posibles grietas expuestas en el muro, esparciendo las fibras que se pegan a

51


dicho epóxico, teniendo presente que las telas deben prolongarse alrededor de los extremos

de los muros y someterse a un proceso de curado de al menos 24 horas.

Figura Nº 1.13: Proceso de instalación de revestimiento estructural con fibras compuestas.

Fuente: AIS, Manual de Construcción Evaluación y Rehabilitación Sismo resistente de Viviendas en Mampostería, 2001.

1.10.6 Costura de grietas con barras de refuerzo.

Este sistema de refuerzo consiste en insertar una barra de hierro a través de la grieta para

mejorar la resistencia y capacidad a cortante que se ha visto disminuida ante la aparición de

la misma en los muros de mampostería.

Figura Nº 1.14: Proceso de instalación las barras de refuerzo en grietas.

Fuente: AIS, Manual de Construcción Evaluación y Rehabilitación Sismo resistente de

Viviendas en Mampostería, 2001.

52


1.10.7 Algunos sistemas de refuerzo recientemente estudiados alrededor del mundo.

1.10.7.1 Sistema de refuerzo por medio de cables (Australia).

A partir del terremoto de Newcastel en 1989 se reconoce en Australia la importancia de

desarrollar nuevas técnicas de refuerzo que proporcionen mayor resistencia a sus

estructuras en mampostería, estructuras que a pesar de caracterizarse por sufrir los mayores

daños y ocasionar un gran número de muertes, ante éste tipo de eventos, siguen estando

muy de moda, esto sin contar que muchas de las edificaciones históricas en el continente

australiano se encuentran construidas en mampostería no reforzada.

El estudio de un nuevo sistema a base de cables adheridos a la mampostería, luego de ser

sometido a ensayos de aplicación de cargas cíclicas, concluyó que mejora la capacidad de

disipación de energía y resistencia de dichas estructuras en caso de sismo, absorbiendo los

esfuerzos de tensión y mejorando la ductilidad del sistema. Por medio de placas ancladas a

las esquinas, superiores e inferiores del muro, se sostiene el cable, dispuesto en forma de X,

fijándolo únicamente a uno de los extremos para permitir su movilidad, tal como puede

apreciarse en la Figura Nº 1.15.

Figura Nº 1.15: Sistema de refuerzo por medio del uso de cables.

a) Sistema de refuerzo por medio de cables. b) Ensayos cíclicos sobre muros reforzados.

Fuente: Seismic retrofitting of unreinforced masonrywalls by cable system. 13WCEE, Vancouver, Canadá.

53


Por otro lado el uso del sistema de refuerzo da lugar a otras ventajas tales como flexibilidad

arquitectónica, bajo costo, rápida construcción, durabilidad y ninguna pérdida de espacio

importante.

La etapa de estudio y experimentación arrojó resultados en donde, al comparar muros no

reforzados y reforzados, se concluye que éstos últimos desarrollan una resistencia última

correspondiente a casi el doble de los datos típicos, así como una mayor ductilidad, rigidez y

capacidad de disipar energía, durante ensayos cíclicos, tal como puede observarse en las

curvas histeréticas de los modelos (Ver Figura 1.16). Los muros reforzados con este sistema

se convierten en una nueva estructura donde los cables absorben el 50%23 de la carga

aplicada sobre los modelos y de ésta manera proporciona un aumento en la resistencia

disminuyendo las deformaciones del mismo.

Figura Nº 1.16: Curvas de esfuerzos para muros reforzados por sistema de cables.

Fuente: Seismic retrofitting of unreinforced masonrywalls by cable system. 13WCEE, Vancouver, Canadá.

23 S. Chuang, Y. Zhuge, P.C. McBean. “Seismic retrofitting of unreinforced masonrywalls by cable system. 13th World Conference on Earthquake Engineering”. Paper No. 2328. Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004

54


1.10.7.2 Confinamiento de muros con láminas de FCRP (Chile24-Canadá25-China26).

El terremoto de 1985 en Chile produjo grandes daños, por efectos de esfuerzos cortantes en

edificaciones de mampostería reforzada y no reforzada, utilizadas tanto en construcciones

históricas como de la era moderna, cuestionándose de ésta forma la necesitad técnica de

mejorar la respuesta sísmica de las mismas.

Una técnica de refuerzo para las estructuras de mampostería, que ha estado bajo estudio en

años recientes, es su consolidación externa haciendo uso de láminas o telas de FCRP (fibra

de carbón reforzada con polímeros). La FCRP es un material hecho de fibras de alta

resistencia (vidrio, carbón) entretejidas a una matriz de una resina de polímeros. Las fibras

resisten la tensión mientras que la resina resiste otras fuerzas.

La FCRP es utilizada principalmente como sistema de refuerzo externo para los elementos

en concreto reforzado. Se utiliza frecuentemente para soportar esfuerzos de tensión y

cortante en vigas y losas, en uniones de viga-columna, muros, y como refuerzo en el

confinamiento de columnas.

Varias investigaciones sobre muretes en mampostería han demostrado que el uso de FCRP

dispuesto diagonalmente es más eficaz, en términos de esfuerzos cortantes, que aquel que

se maneja de forma horizontal, ya que la resistencia de los elementos puede aumentar hasta

un 70%27; de la misma manera aumenta la rigidez de los muros y se presenta una

disminución en el espesor y extensión de las grietas, ocasionando fallas menos frágiles.

24 SANTA MARÍA Hernán, DUARTE Gonzalo, GARIB Alejandro. “Experimental investigation of masonry panels externally strengthened with CFRP laminates and fabric subjected to in-plane shear load”. 13th World Conference on Earthquake Engineering. Paper No. 1627. Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004 25 EL-DAKHAKHNI Wael W., HAMID Ahmad A., ELGAALY Mohamed “Seismic Retrofit Of Masonry Infill Walls Using Advanced Composites” 13th World Conference on Earthquake Engineering”. Paper No. 3093. Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004. 26 WENG Dagen, LU Xilin, ZHOU Changdong, KUBO Tetsuo, LI Kangning “Experimental Study On Seismic Retrofitting Of Masonry Walls Using Gfrp” 13th World Conference on Earthquake Engineering”. Paper No. 1981. Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004. 27 SANTA MARÍA Hernán, DUARTE Gonzalo, GARIB Alejandro. “Experimental investigation of masonry panels externally strengthened with CFRP laminates and fabric subjected to in-plane shear load”. 13th World Conference on Earthquake Engineering. Paper No. 1627. Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004

55


Sin embargo, grandes esfuerzos a compresión producen el desprendimiento de las telas de

FCRP de la mampostería.

Por otro lado, durante la etapa experimental, se determinó la disipación de energía del

sistema, expresada en términos de un coeficiente de humedad, en donde éste adoptaba

valores altos para muros no reforzados y presentaba una disminución al incrementar la carga

en un 20% a 10%28 en muros reforzados.

En la Figura Nº 1.17 se muestran ejemplos de la forma en que se disponen las fibras de

FCRP en los muros mientras que la Figura Nº 1.18 muestra el desprendimiento que ocurre

al someter dichos muros a grandes esfuerzos compresores.

Figura Nº 1.17: Disposición de las fibras de FCRP en los muretes.

Fuente: Experimental investigation of masonry panels externally strengthened with CFRP laminates and fabric subjected to in-plane shear load. 13WCEE, Vancouver, Canadá.

28 SANTA MARÍA Hernán, DUARTE Gonzalo, GARIB Alejandro. “Experimental investigation of masonry panels externally strengthened with CFRP laminates and fabric subjected to in-plane shear load”. 13th World Conference on Earthquake Engineering. Paper No. 1627. Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004

56


Figura Nº 1.18: Desprendimiento de las fibras de FCRP por acción de esfuerzos compresores.

Fuente: Experimental investigation of masonry panels externally strengthened with CFRP

laminates and fabric subjected to in-plane shear load. Por otro lado, en Canadá y China también se adelantaron estudios de éste tipo, con la

diferencia que utilizaban la FRP en ciertas zonas específicas del muro, coincidiendo en el

mismo tipo de resultados y concusiones.

1.10.7.3 Sistema de refuerzo con correas de acero y plásticas (Méjico).

En Méjico, así como en otros países, la mampostería es uno de los principales componentes

en la construcción de viviendas de interés social, escuelas, clínicas y centros al servicio de la

comunidad. Un gran porcentaje de las mismas no cuentan con ningún tipo de refuerzo,

principalmente en las zonas rurales, lo que las hace vulnerables ante eventos sísmicos, por

tal motivo se vio la necesidad de profundizar en el tema en busca de nuevas técnicas que

permitieran la restauración y refuerzo de las mismas, a un bajo costo.

Recientemente se adelantan estudios en busca de métodos de refuerzo y restauración de

mampostería en donde, con ayuda de correas de acero y plásticas, se logre el confinamiento

de los muros, haciendo uso de técnicas constructivas y herramientas simples, aumentando

la capacidad y ductilidad de los mismos.

Durante la etapa de estudio fueron identificados diez métodos distintos en donde las

variables consideradas fueron el tipo de correa, plástica o de acero, la disposición de las

mismas, en forma horizontal o vertical, y los dispositivos usados para acoplar las correas al

57


muro. Estos dispositivos se caracterizaron por tratarse de clavos de acero, pernos de

anclaje, abrazaderas o cajas triangulares ubicadas en las esquinas del muro de las cuales se

desprendían anillos de acero que permitían el ensamble de las correas.

Finalmente, cabe decir que este sistema de refuerzo aporta un aumento importante en la

resistencia de los muros, así como en la resistencia a esfuerzos cortantes, aunque los

principales criterios a tener en cuenta al momento de tomar la decisión de emplear alguno de

éstos consistieron en el porcentaje de incremento en los costos de fabricación, porcentaje

que oscilaba entre un 6%29 por encima del mercado.

1.10.7.4 Confinamiento de muros con malla electrosoldada (Colombia).

Actualmente, en Colombia, se viene adelantando el estudio del comportamiento de un

sistema de refuerzo a base del acople de malla electrosoldada a muros de mampostería,

haciendo uso de los materiales y procesos constructivos propios del país. Recientemente en

la Universidad Javeriana, sede Bogotá, se llevó a cabo la elaboración de un proyecto de

pregrado por medio del cual se evaluó la respuesta de muros en mampostería no estructural,

reforzada con malla electrosoldada de diferentes calibres, concluyendo su efectividad, aporte

en resistencia y disminución de falla frágil para este tipo de elementos.

En la Figura Nº 1.19 en a) se puede observar como un muro de mampostería no estructural

sin refuerzo desarrolla una resistencia mucho menor, ocasionando una falla frágil, mientras

que en b) el muro reforzado responde de una mejor manera disminuyendo éste tipo de

comportamiento.

29 RAMÍREZ DE ALBA Horacio, CARREÓN GUARDADO B. Bricia. “EXPERIMENTAL STUDY ON MASONRY WALLS STRENGTHENED WITH STEEL AND PLASTIC STRAPS”. 13th World Conference on Earthquake Engineering. Paper No. 1995. Vancouver, B.C., Canada August 1-6, 2004

58


Figura Nº 1.19: Comportamiento de un muro de mampostería no estructural sin refuerzo y con refuerzo.

a) Muro sin refuerzo b) Muro reforzado

Fuente: FORERO LUNA Mº Camila, VARON ROJAS Alexandra, Tesis Refuerzo sísmico exterior

para mampostería con malla electrosoldada, Bogotá 2004.

59


CAPÍTULO 2. EXPERIMENTACIÓN

2.2 METODOLOGÍA DE LA EXPERIMENTACIÓN

Con el fin de cubrir con los objetivos propuestos, por medio de un proceso experimental, se

plantearon tres fases que permitieron el desarrollo de las actividades. Dichas fases

corresponden al diseño experimental, proceso constructivo de los especimenes y la

experimentación.

2.2.1 Fase I: Diseño Experimental.

El objetivo principal de ésta fase radica en la determinación de los materiales a utilizar, la

identificación de los especimenes más representativos y la planeación del sistema de

refuerzo a emplear.

2.2.1.1 Tipos de materiales.

Con base en los datos históricos correspondientes a la construcción y acorde a la realidad

nacional, se realizó una selección de los materiales, con el fin de lograr una integración de

los métodos experimentales propuestos y los procesos constructivos vigentes en el país.

Materiales dispuestos para la fabricación de probetas, prismas y muretes:

- Ladrillo:

Dentro del desarrollo que han tenido las construcciones colombianas de los estratos más

bajos (especialmente viviendas de autoconstrucción) se han construido edificaciones con

unidades de mampostería Nº 5 cuyas dimensiones y especificaciones generales pueden

apreciarse en la Figura Nº 2.1; sin embargo para conocer las características específicas,

tanto físicas como geométricas, del mismo puede remitirse al anexo A-34.

60


Figura Nº 2.1: Dimensiones y especificaciones bloque Nº 5.

Fuente: Pagina Internet Ladrillera Santafé,

Se emplearon piezas de mampostería producidas por una importante ladrillera de la ciudad

de Bogotá, que cuenta con plantas en Usme y Soacha, en donde gracias al sistema

automatizado con el cual se labora en ellas pretende garantizar la calidad de cada una de las

piezas

- Mortero de pega:

Para la elaboración del mortero de pega, se empleó un material cementante y agregado fino,

correspondiente a cemento Pórtland Tipo I y arena de peña, respectivamente.

Adicionalmente se usó agua proveniente del acueducto de Bogotá que garantizara su

calidad.

Se elaboró un mortero mezclado en obra cuya dosificación correspondió a 1:3

(cemento:arena), con el fin de garantizar las características propias de un mortero tipo N,

utilizado principalmente para muros de piezas macizas, o en mampostería interior, muros de

mampostería con piezas macizas, con piezas huecas o bloques de vidrio y pañetes.

Materiales dispuestos para la fabricación del sistema de refuerzo:

- Madera:

Los elementos principales del sistema de refuerzo fueron los listones de madera, los cuales

fueron cortados según las dimensiones propias de los muretes, es decir aquellos listones

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61


dispuestos horizontalmente tienen una longitud de 102 cm mientras que los verticales una

de 96 cm. Dichas dimensiones fueron estimadas con base en la distribución de los bloques,

que puede apreciarse en la Figura Nº 2.2. Se usaron anchos y espesores de los listones de

madera de 15 cm y 2 cm respectivamente.

Figura Nº 2.2: Dimensiones de los listones de madera.

Dado que el sistema de refuerzo en estudio dispone los listones tanto vertical como

horizontalmente, fue necesario elaborar unas cajas que permitieran mejorar las

intersecciones entre dos tramos de madera mutuamente perpendiculares; de esta manera

fue posible lograr la uniformidad en la superficie del sistema de refuerzo y dar un trabado

entre maderas que contribuyeron a contrarrestar las fuerzas a las cuales se verán sometidos

los muretes durante los ensayos. Las cajas anteriormente mencionadas fueron hechas a 13

cm del borde de la madera, esto con el fin de poder localizar el anclaje en cada primer

bloque de las esquinas, y a una profundidad de 1 cm tal y como puede apreciarse en la

Figura Nº 2.3.

Figura Nº 2.3: Dimensiones de la caja de aseguramiento de las intersecciones.

62


- Anclaje:

Para asegurar el correcto funcionamiento del sistema de refuerzo propuesto en este

documento, se optó por asegurar dichos listones con ayuda barras roscadas que

atravesaban los muretes de lado a lado. El sistema de anclaje estuvo conformado por una

barra roscada de acero de 20 cm de longitud y de diámetro exterior de 3/8 de pulgada

(0.9525 cm), la cual es asegurada en cada extremo mediante una tuerca y su respectiva

arandela. Los componentes de este sistema de anclaje se presentan en la Figura Nº 2.4.

Figura Nº 2.4: Elementos que componen el perno de anclaje.

El sistema de anclaje se ubicó en la intersección de los listones en las inmediaciones de los

bloques de las esquinas. Estos últimos se rellenaron con mortero para proporcionar mayor

adherencia y resistencia al sistema de anclaje, dando como resultado la instalación de

cuatro puntos de aseguramiento tal y como puede observarse en la Figura Nº 2.5.

63


Figura Nº 2.5: Ubicación de los anclajes en los muretes.

2.2.1.2 Características de los materiales.

Para el desarrollo de la investigación se realizaron pruebas sobre los materiales, individuales

y en conjunto, con el fin de identificar su comportamiento y características generales. Para

tal fin se elaboraron probetas que cumplieran con los requerimientos especificados en las

normas técnicas de referencia y de ésta manera llevar a cabo los procedimientos descritos

en las mismas para cada ensayo.

Materiales individuales:

Las unidades y probetas sobre las cuales se realizaron pruebas para determinar su

comportamiento individual pueden apreciarse en la Figura Nº 2.6 y corresponden a.

- a. Unidades de mampostería de bloque Nº 5.

- b. Cubos de mortero de pega.

- c. Corbatines de mortero de pega.

- d. Probetas de madera.

64


Figura Nº 2.6: Materiales y probetas para ensayos individuales.

a) Unidades de mampostería b) Cubos de mortero. correspondiente a bloque Nº 5.

c) Corbatines de mortero. d) Probetas de madera.

Materiales en conjunto:

- Prismas:

A pesar que la NSR–9830 especifica un mínimo de 3 prismas, por cada 500 metros

cuadrados de muro o fracción, se elaboraron 5 prismas con el fin de contar con una muestra

estadística adecuada. Estos prismas fueron elaborados colocando dos bloques, uno sobre

otro, unidos por mortero de pega de aproximadamente 2 cm de espesor.

La Figura Nº 2.7 permite observar las dimensiones de los prismas elaborados.

30 NSR-98. Título D. Mampostería Estructural. Calidad de los Materiales en Mampostería Estructural. Capítulo D 3.8.1.4.

65


Figura Nº 2.7: Dimensiones de los prismas.

- Muretes:

Según la norma ASTM-E 51931 los ensayos de tracción diagonal se debe realizar sobre al

menos 3 especimenes con el fin de tener una muestra estadística representativa. Sin

embargo, para efectos de ésta investigación se decidió construir 4 muretes para cada tipo de

alternativa. Los muretes elaborados contaron con dimensiones de 96 cm X 102 cm

aproximadamente; de igual manera, para los ensayos a flexión se elaboraron 4 muretes,

para cada una de las direcciones, con lo cual se estimaría la resistencia a la tensión por

flexión de las juntas verticales y horizontales, como puede observarse en la Figura Nº 2.8.

31 ASTM, American Standart Test Method. ASTM-E 519. Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Mansory Assemblages.

66


Figura Nº 2.8: Dimensiones de los muretes.

a) Murete tipo ensayo tracción diagonal

b) Murete tipo ensayo flexión juntas horizontales. c) Murete tipo ensayo flexión juntas verticales.

67


2.2.2 Fase II: Proceso constructivo.

La construcción de muretes fue realizada en la Pontificia Universidad Javeriana gracias a un

espacio provisto por el Departamento de Arquitectura para tal fin.

Elaboración de muretes.

Fueron fabricados un total de 24 muretes, 4 para tensión diagonal de dimensiones 102 cm x

96.5 cm, 4 para flexión longitudinal de dimensiones 102 cm x 72 cm y 4 para flexión

trasversal de dimensiones 67 cm x 96.5 cm, elaborados con bloque Nº 5. Los bloques fueron

sometidos a un proceso de lavado y limpieza, luego del descargue de los mismos, con el fin

de facilitar la adherencia entre las unidades y el mortero. En la Figura Nº 2.9 puede

apreciarse el desarrollo de estas actividades iniciales.

Figura Nº 2.9: Proceso de descargue y limpieza de los bloques.

a) Descargue de bloque. b) Lavado de bloque.

Cada murete fue levantado sobre dos bloques y una tabla apoyada sobre los mismos con el

fin de facilitar el futuro transporte de los mismos. Cada uno de los especimenes, destinados

a ensayo de tracción diagonal, estuvo conformado por 4 hiladas de 3 bloques con pegas

horizontales de 1.5 cm aproximadamente. En la Figura Nº 2.10 se muestra uno de los

muretes acabado de fabricar.

68


Figura Nº 2.10: Murete acabado de fabricar.

Por otro lado, los muretes propios para realizar los ensayos de flexión se encuentran

conformados por: a) para flexión sobre juntas horizontales, 4 hiladas de 2 bloques con pegas

horizontales de 1.5 cm aproximadamente, y b) para flexión sobre juntas verticales, por 3

hiladas de 3 bloques con pegas horizontales de 1.5 cm aproximadamente. En la Figura Nº

2.11 se muestran dichos muretes.

Figura Nº 2.11: Murete para ensayos de flexión.

a) Flexión sobre juntas horizontales. b) Flexión sobre juntas verticales

Adicionalmente, todos los bloques esquineros de la diagonal a la cual sería aplicada la carga

durante el ensayo de tracción diagonal (ver Figura Nº 2.12), fueron rellenados con mortero

69


con el fin de garantizar el adecuado comportamiento de los mismos durante el proceso de

experimentación.

Figura Nº 2.12: Esquinas de la diagonal rellenas de mortero.

Una vez concluido el proceso de fabricación de los muretes fue necesario curar los muros ya

que gran parte de la resistencia que desarrollen los mismos depende de este proceso. Así

pues durante los 10 primeros días fueron humedecidos al menos dos veces al día y

cubiertos con plástico, esto con el fin de evitar la pérdida de agua que podía ocasionarse por

el proceso natural de evaporación de la misma. En la Figura Nº 2.13 puede apreciarse el

proceso de curado de los muretes.

Figura Nº 2.13: Proceso de curado de los muretes.

70


2.2.2.1 Elaboración del sistema de refuerzo.

Inicialmente se adquirieron, en un aserradero ubicado en la parte occidental de la ciudad,

listones de madera con una longitud de aproximadamente 3 m. Allí mismo con ayuda de una

cortadora se les dio la longitud final a los mismos, para luego elaborar las cajas de

aseguramiento de las intersecciones de las mismas, así como se describió en el numeral

2.1.1.1 en la sección de Materiales dispuestos para la fabricación del sistema de refuerzo –

Madera. De ésta actividad surgen las estructuras de confinamiento que se muestran en la

Figura Nº 2.14.

Figura Nº 2.14: Estructura de confinamiento.

Este sistema de refuerzo requirió de un mecanismo de anclaje a base de pernos

conformados por una varilla roscada de 3/8 de pulgada asegurada en cada uno de sus

extremos por una arandela y una tuerca del mismo diámetro. Para la instalación del sistema

de anclaje fue necesario perforar el bloque con un taladro para luego introducir la varilla

roscada, atravesando de lado a lado el mismo, para luego rellenar el bloque con mortero,

esto con el fin de lograr una mayor adherencia del anclaje que permitiera garantizar el

confinamiento del muro con el sistema de refuerzo propuesto. La Figura Nº 2.15 muestra el

a) bloque relleno de mortero y finalmente b) el murete con las varillas roscadas ya

instaladas.

71


Figura Nº 2.15: Proceso de instalación del anclaje.

a) Bloque relleno de mortero b) Murete con las varillas roscadas ya instaladas.

2.2.3 Fase III: Experimentación.

A continuación se muestra el proceso seguido en la experimentación, con el propósito de

determinar las características mecánicas de los materiales directamente relacionados con

los muros en mampostería y con el sistema de refuerzo (bloques, mortero de pega y

madera).

2.2.3.1 Propiedades de los materiales individuales.

A continuación se presenta un resumen de los ensayos realizados sobre las muestras de

cada material.

� Unidades de mampostería:

Según lo establecido en la NSR-9832 y siguiendo el procedimiento descrito en la NTC 401733,

se deben realizar ensayos sobre mínimo 5 unidades por lote de producción, por lo cual se

32 NSR-98. Titulo D. Mampostería Estructural. Calidad de los Materiales en Mampostería Estructural. Capítulo D 3.8.1.3 33 ICONTEC. Normas Técnicas Colombianas. Método de Ensayo para Unidades de Mampostería de Arcilla Cocida.

72


realizaron ensayos de resistencia a la compresión sobre el mismo número de unidades

especificadas anteriormente.

� Mortero de pega:

Para la determinación de las características del mortero de pega, siguiendo lo establecido en

la NSR-9834, se tomaron muestra de cada una de las mezclas hechas durante el proceso de

elaboración de los muretes. Para cada mezclase tomaron muestras de 3 cubos de 50 mm de

lado y 3 corbatines.

Los ensayos realizados sobre las probetas anteriormente mencionadas corresponden a

ensayos de Resistencia a la Compresión, siguiendo el procedimiento descritos en la NTC

22035 y ensayos de flexión. En la Figura Nº 2.16 y Nº 2.17 se muestra la secuencia del

ensayo sobre una de cada una de las probetas anteriormente mencionadas.

Figura Nº 2.16: Secuencia de ensayo de resistencia a la compresión de cubos de mortero.

a) Aplicación de carga. b) Falla en probeta

34 NSR-98. Titulo D. Mampostería Estructural. Calidad de los Materiales en Mampostería Estructural. Capítulo D 3.8.1.1 35 ICONTEC. Normas Técnicas Colombianas. Determinación de la Resistencia de Morteros de Cemento Hidráulico usando cubos de 50 mm de lado.

73


Figura Nº 2.17: Secuencia de ensayo de resistencia a la flexión de corbatines de mortero.

a) Aplicación de carga. b) Falla en probeta

Adicionalmente se realizó el ensayo de fluidez sobre cada una de las diferentes mezclas

hechas durante la etapa de construcción, según el procedimiento descrito en la NTC 111 de

fluidez para morteros de cemento hidráulico. En la Figura Nº 2.18 se puede apreciar la

secuencia de dicho ensayo.

Figura Nº 2.18: Secuencia de ensayo de fluidez de cemento hidráulico.

a) Molde enrasado. b) Muestra desencofrada.

c) muestra luego de aplicar golpes. d) Medida de expansión.

74


� Probetas de madera:

Con el fin de establecer las características de la madera, siguiendo el procedimiento descrito

en las diferentes normas, se realizaron ensayos de resistencia al cizallamiento (NTC 775),

determinación de la tracción paralela al grano (NTC 944) y determinación de la tracción

perpendicular al grano (NTC 961) sobre las diferentes probetas de dicho material. En la

Figura Nº 2.19 puede observarse la secuencia de los ensayos anteriormente mencionados.

Figura Nº 2.19: Secuencia de ensayos sobre las probetas de madera.

a) Ensayo de tensión en fibras longitudinales

b) Ensayo de tensión en fibras perpendiculares

c) Ensayo de flexión

d) Ensayo de compresión en dirección de las diferentes fibras

75


2.2.3.2 Propiedades de los materiales en conjunto.

Después de determinar las características de cada uno de los materiales fue necesario

establecer su comportamiento en conjunto. A continuación se nombran los ensayos

realizados para conocer dicho comportamiento.

� Prismas:

Cumplidos los requisitos establecidos en la NSR-9836, con relación a los prismas, y

siguiendo con el procedimiento descrito en la NTC 349537, se desarrollo el ensayo de

compresión sobre los prismas. En la Figura Nº 2.20 puede apreciarse la secuencia del

ensayo de compresión sobre prismas.

Figura Nº 2.20: Secuencia de ensayo de compresión sobre prismas.

a) Prismas refrentados. b) Prismas acabados de fallar

36 NSR-98. Titulo D. Mampostería Estructural. Calidad de los Materiales en Mampostería Estructural. Capítulo D 3.7.2 37 ICONTEC. Normas Técnicas Colombianas. Ingeniería Civil y Arquitectura. Resistencia a la Compresión de Prismas de Mampostería.

76


� Muretes:

Siguiendo el procedimiento descrito en la ASTM E-51938 fueron sometidos 8 de los muretes

tipo, de dimensiones 102 cm x 96.5 cm, 4 no reforzados y 4 con refuerzo, al ensayo de

Tracción Diagonal. En la Figura Nº 2.21 se muestran los diferentes montajes de éste ensayo,

a) muretes sin refuerzo y b) muretes con refuerzo.

Figura Nº 2.21: Montaje de ensayo de tracción diagonal sobre muretes.

a) Muretes sin refuerzo. b) muretes con refuerzo.

38 ASTM E-519. Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Masonry Assemblages

77


2.2 RESULTADOS Y ANALISIS

Con el fin de establecer el comportamiento de los materiales, tanto individuales como en

conjunto, se realizaron los ensayos definidos en el numeral 2.1.3, Fase III: Experimentación,

de ésta investigación.

A continuación se muestran los resultados obtenidos, y su correspondiente análisis, que

permite caracterizar y establecer propiedades de los materiales y determinar su influencia en

el comportamiento de los muretes tipo, ya sea reforzados o sin refuerzo, para de la misma

manera establecer su incidencia en el sistema de refuerzo propuesto, objeto de ésta

investigación.

2.2.1 Materiales individuales.

2.2.1.1 Unidades de mampostería.

Los resultados obtenidos del ensayo de resistencia a la compresión, realizado a cinco

especimenes de bloque Nº 5, se encuentran consignados en la Tabla Nº 2.1 que se presenta

a continuación; sin embargo en el anexo A - 7 y A - 8 se puede encontrar una tabla más

detallada y una gráfica comparativa entre los datos correspondiente a la resistencia de cada

uno de los especimenes.

Tabla Nº 2.1: Resistencia a la compresión de bloques Nº 5.

RESISTENCIA A COMPRESIÓN f'cu ESPECIMEN

Mpa

B1 3,63

B2 3,00

B3 5,19

B4 5,34

B5 3,76

BLO

QU

E N

º 5

PROMEDIO 4,18

Con el fin de determinar la uniformidad de los datos se realizó un análisis estadístico el cual

incluye el cálculo de la desviación estándar σx y el coeficiente de variación CV,

78


correspondiente a 1.03 y 24.6 % , respectivamente que nos garantizan la proposición

expuesta.

Adicionalmente, una vez conocido el promedio de la resistencia a la compresión en MPa y

teniendo como referencia la Tabla Nº 1.6 (Resistencia a la compresión de diferentes

unidades de mampostería), se puede concluir que los bloques de arcilla utilizados para el

desarrollo de ésta investigación, se encuentra dentro de los límites admisibles.

2.2.1.2 Mortero de pega.

El mortero de pega 3:1 fue sometido a ensayos de fluidez, de resistencia a la compresión y

resistencia a esfuerzos flectores; los resultados obtenidos se encuentran consignados en las

tablas Nº 2.2, Nº 2.3 y Nº 2.4 respectivamente.

Tabla Nº 2.2: Resultados ensayo de fluidez sobre mortero de pega.

MEZCLA MEDIDA % FLUIDEZ PROMEDIO % FLUIDEZ

1 207

2 207

3 208 M1

4 208

207,5

1 300 2 300 3 301

M2

4 302

300,75

1 300

2 209

3 209 M3

4 302

255

1 201 2 202 3 201

M4

4 200

201

1 205

2 203

3 207 M5

4 205

205

1 193

2 192

3 193 M6

4 193

193

79


Adicionalmente en el anexo A – 6 se puede observar una gráfica comparativa entre los datos

de fluidez correspondiente a cada una de las mezclas.

A continuación en la Tabla Nº 2.3 se pueden observar los datos correspondientes a las

resistencias a la compresión promedio obtenidas de los ensayos realizados sobre los cubos

de mortero de pega, mortero que fue utilizado en la elaboración de muretes. Todas las

mezclas realizadas que corresponden a mortero tipo N, según la clasificación mostrada en la

tabla Nº 1.4 (Clasificación del mortero según sus componentes), sobrepasan las

especificaciones mínimas de resistencia a la compresión. Cabe resaltar que la descripción

más detallada de los datos obtenidos para cada uno de los ensayos se puede consultar en

los anexos A -1y A - 2.

Tabla Nº 2.3: Resultados ensayos de compresión sobre cubos de mortero.

ESPECÍMEN RESISTENCIA A

LA COMPRESIÓN, f'cp (MPa)

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PROMEDIO,

f'cp (MPa)

M1-a 13

M1-b 12

M1-c 13

12,62

M2-a 11

M2-b 12

M2-c 11

11,31

M3-a 13

M3-b 12

M3-c 11

11,80

M4-a 20

M4-b 19

M4-c 19

19,27

M5-a 14

M5-b 16

M5-c 14

14,91

M6-a 22

M6-b 23

M6-c 22

22,47

MO

RTE

RO

DE

PE

GA

1:3

PROMEDIO = 15,39

80


La mayoría de los muretes fueron elaborados al mismo tiempo, e igualmente fallados en la

misma época, a excepción de los muretes sometidos a flexión en juntas horizontales, ya que

éstos fueron necesarios ser reconstruidos un mes después, debido a imprevistos que se

encontraban más allá de nuestro control, debido a tales imprevistos se elaboró una nueva

mezcla cuya características salen del rango de las anteriormente preparadas, hecho por el

cual no se tubo en cuenta para el análisis estadístico.

Conocida una desviación estándar σx de 3.3 y un coeficiente de variación CV del 23.3 % se

garantiza la homogeneidad entre las mezclas.

Por otro lado, a pesar de no contar con la instrumentación necesaria para llevar a cabo los

ensayos de flexión sobre probetas de mortero, y realizar un procedimiento aproximado,

hecho por el cual se obtuvieron resultados superiores a los esperados, 10% de la resistencia

a la compresión, se determinaron los datos consignados en la siguiente tabla, los cuales se

encuentran más detallados en los anexos A – 3 y A - 4.

Tabla Nº 2.4: Resultados ensayo de flexión sobre corbatines de mortero.

ESPECÍMEN MOMENTO MÁXIMO

FLECTOR (KN*m)

Esfuerzo máximo M*c/I

(MPa)

M1-a 0,009 3,38

M1-b 0,007 2,54

M1-c 0,007 2,38

M2-a 0,008 2,87

M2-b 0,008 2,76

M2-c 0,008 2,92

M3-a 0,007 2,49

M3-b 0,011 3,91

M3-c 0,009 2,89

M4-a 0,010 3,48

M4-b 0,008 2,60

M4-c 0,011 3,40

M5-a 0,008 2,70

M5-b 0,009 3,21

M5-c 0,012 3,90

M6-a 0,009 3,08

M6-b 0,012 4,26

M6-c 0,011 3,91

MO

RTE

RO

DE

PE

GA

1:3

PROMEDIO = 0,009 3,15

81


Para finalizar, y sabiendo que a menor fluidez la mezcla desarrolla mayor resistencia, se

puede decir que en éste caso no se da la excepción, ya que esta característica se cumple

para todos los especímenes.

2.2.1.3 Madera.

Para determinar las características de la madera empleada como sistema de refuerzo en los

muretes, fueron realizados ensayos de densidad, resistencia al cizallamiento, determinación

de la tracción paralela al grano, de la tracción perpendicular al grano y resistencia a

esfuerzos flectores sobre las diferentes probetas de dicho material. Los resultados obtenidos

se encuentran consignados en las tablas Nº 2.5 a Nº 2.9, respectivamente.

Tabla Nº 2.5 Resultado de ensayos de densidad en probetas de madera

ESPECÍMEN CONTENIDO

DE HUMEDAD (%)

VOLUMEN (m³)

DENSIDAD (Kg/m³)

1 9,5571 0.000247 347,37

2 8,5845 0.000382 399,27

3 12,5059 0.000372 573,86

4 13,0826 0.003690 511,38

Promedio 457,97

Según los resultados obtenidos de la tabla anterior y la especificación dada en la tabla Nº 1.9

(Clasificación de la madera según densidad básica), el tipo de madera utilizada para el

refuerzo de los muretes clasifica como madera tipo C, en donde la densidad básica se debe

encontrar de 400 a 500 Kg/m³.

Una vez determinado el tipo de madera y refiriéndonos a la tabla Nº 1.10 (Esfuerzos

admisibles para cada tipo de madera) puede decirse que el material utilizado como refuerzo

cumple con los valores expuestos para los esfuerzos admisibles para el mismo.

82


Tabla Nº 2.6: Resultados ensayo resistencia al cizallamiento en probetas de madera.

ESPECÍMEN RESISTENCIA AL CORTE, fv

(MPa)

RESISTENCIA AL CORTE, fv

PROMEDIO (MPa)

L - 1 0,69

L - 2 0,64

L - 3 0,67

0,67

T -1 0,13

T -2 0,20

T -3 0,12

0,15

P - 1 0,61

P - 2 0,65

RE

SIS

TEN

CIA

AL

CO

RTE

P - 3 0,63

0,63

Donde corresponde: L: a fibras longitudinales T. a fibras transversales P: a fibras perpendiculares

Tabla Nº 2.7: Resultados ensayos tensión paralela al grano en probetas de madera.

ESPECÍMEN RESISTENCIA A LA TENSIÓN ft

(MPa)

RESISTENCIA A LA TENSIÓN

PROMEDIO, ft (MPa)

TL - 1 10,34

TL - 2 3,67

TL - 3 9,86

TL - 4 3,84 FIB

RA

S L

ON

GIT

UD

INA

LES

TL - 5 14,87

8,52

83


Tabla Nº 2.8: Resultados ensayo tracción perpendicular al grano en probetas de madera.

ESPECÍMEN RESISTENCIA

A LA TENSIÓN, (MPa)

RESISTENCIA A LA TENSIÓN,

PROMEDIO, (MPa)

TC - 1 0,47

TC - 2 0,26

FIB

RA

S

PE

RP

EN

DIC

ULA

RE

S

TC - 3 0,43

0,39

Tabla Nº 2.9: Resistencia a esfuerzos flectores de probetas de madera.

ESPECÍMEN MOMENTO MÁXIMO

FLECTOR (KN*m)

Esfuerzo máximo f’b M*c/I (MPa)

P-1 0,0225 8,64 P-2 0,0152 5,85 P-3 0,0256 9,84 P-4 0,0193 7,41

PROMEDIO = 0,0207 7,9

Todos los datos anteriormente expuestos, para cada tipo de ensayo, se encuentran

debidamente detallados y comparados entre si desde el anexo A – 11 hasta el A – 22.

Toda la caracterización de éste material se realizó sabiendo de antemano que aquella

utilizada correspondió a madera ordinaria, la cual no cuenta con una clasificación específica

en ninguna norma, hecho que justifica el haber determinado densidades para establecer el

tipo de madera al que se ajusta el cual nos permitió verificar otros resultados con

especificaciones mínimas.

84


2.2.2 Materiales en conjunto.

2.2.2.1 Prismas Fueron realizados ensayos de compresión sobre 4 prismas conformados por el conjunto de

dos bloques de arcilla unidos con mortero de pega. Los resultados de los ensayos a

compresión pueden apreciarse a continuación en la Tabla Nº 2.10.

Tabla Nº 2.10: Resultados ensayos de compresión sobre prismas de mampostería.

RESISTENCIA A COMPRESIÓN f'cu ESPECÍMEN

Mpa

P - 1 3,18 P - 2 2,71 P - 3 1,98 P - 4 1,63

PROMEDIO = 2,37

Luego de un análisis estadístico del cual se obtuvo una desviación estándar σx de 0.7 y un

coeficiente de variación CV del 29.6 % que indica una dispersión de los datos, aunque

siendo amplia, se encuentra dentro de un rango permisible, y sabiendo que el esfuerzo a

compresión de los prismas debe corresponder a aproximadamente el 50% del obtenido para

unidades de mampostería, debido a la esbeltez y a la distribución de esfuerzos, se puede

decir que los materiales presentan un comportamiento de acuerdo a lo esperado.

Los anexos A – 23 y A – 24 exponen detalladamente todas las variables tenidas en cuenta

para el cálculo de éste esfuerzo así como la comparación de éste entre cada uno de los

especímenes.

Con el fin de comparar el valor de f´m que se obtiene con base en la calidad de los

materiales determinada experimentalmente con un valor teórico, se puede emplear la

siguiente ecuación de la NSR - 9839, de la cual se establece una resistencia de 1.6 MPa.

39NSR-98, Calidad de los Materiales en la Mampostería Estructural, Unidades de Mampostería, Capítulo D.3.7.5.

85


cucpp

cum ffh

kf

hh

R ′≤′��

��

�

++′�

�

��

�

+= 8.0

375

50

37582

mm Rf 75.0=′ Donde: Rm = Parámetro definido por la ecuación.

h = Altura de la unidad de mampostería, dada en milímetros (mm).

Kp = Factor de correlación por absorción de la unidad (Adimensional).

Kp = 0.8 para unidades de arcilla o silito calcáreas.

f´cu = Resistencia a la compresión en unidades de mampostería en Mpa.

f’cp = Resistencia a la compresión del mortero de pega, dada en MPa.

Con base en éste resultado, se puede observar que algunas de las resistencias a la

compresión de la mampostería obtenida experimentalmente varían con relación al dato

obtenido por el método analítico, mientras que otras se acercan bastante a dicho resultado.

Por otro lado, el módulo de elasticidad de la mampostería en arcilla Em puede calcularse

según la siguiente expresión, obteniendo un valor teórico correspondiente a 1185 MPa:

E = 500 * f’m � 10 000 MPa40

Donde:

Em = módulo de Elasticidad, MPa

f´m = Resistencia a la compresión de la mampostería.

De la misma manera, el módulo de cortante puede calcularse según la expresión dada a

continuación, obteniendo como resultado 474 MPa:

Donde:

40 NSR-98, Calidad de los Materiales en la Mampostería Estructural, Módulos de Elasticidad y de Cortante, Capítulo D 5.2.1, Ecuación D.5-5.

mm EG ⋅= 4.0

86


Gm = Módulo de cortante, Mpa

Em = Módulo de elasticidad, Mpa

2.2.2.2 Muretes

Sobre los especimenes de muretes, reforzados y no reforzados, se realizaron tres tipos de

ensayos con el fin de determinar la diferencia de comportamientos entre los mismos. Tales

pruebas correspondieron a ensayos de tracción diagonal y ensayos de flexión, tanto para

juntas horizontales como verticales. Todos los resultados obtenidos se encuentran en las

tablas expuestas a continuación.

� Ensayos de tracción diagonal

El esfuerzo cortante según la ASTM E 51941 se calculó con las siguientes expresiones:

ns A

PS

⋅= 707.0

Donde:

SS = Esfuerzo cortante en el área neta, MPa (psi),

P = Carga aplicada, N (lbf), and

An = Área neta del especímen, mm2(in.2), y se calcula como sigue:

nthW

An ⋅⋅��

��

� +=2

Donde:

w = Ancho del especímen , mm (in.),

h = Altura del especímen, mm (in.),

t = Espesor total del especímen, mm (in.),

n = Porcentaje del área neta correspondiente a la unidad sólida, expresado en decimal.

41 ASTM, American Standart Test Method. ASTM-E 519. Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Mansory Assemblages.

87


Cabe anotar que el facto n se toma como uno (1), ya que los muretes fallan por la junta o

mortero de pega, la cual corresponde a un área efectiva (área sólida), igual al área total.

A continuación se presentan las tablas en las cuales fueron consignados los resultados

obtenidos luego de realizar los cálculos anteriormente descritos, de igual manera, se pueden

consultar los anexos A-25 y A-26 en los cuales se contempla la totalidad de las variables

empleadas para dicho cálculo, junto con el anexo A – 27 en el cual se realiza la comparación

de datos.

Tabla Nº 2.11: Resultados ensayos de tracción diagonal sobre muretes.

ESPECÍMEN ESFUERZO

CORTANTE SS (Mpa)

PROMEDIO ESFUERZO

CORTANTE SS (Mpa)

M-a 0,256

M-b 0,395

M-c 0,416 MU

RE

TES

NO

R

EFO

RZA

DO

S

M-d 0,368

0,3586

ESPECÍMEN ESFUERZO

CORTANTE SS (Mpa)

PROMEDIO ESFUERZO

CORTANTE SS (Mpa)

MR-a 0,401

MR-b 0,379

MR-c 0,561

MU

RE

TES

R

EFO

RZA

DO

S

MR-d 0,479

0,4551

Luego de obtener los datos y realizar el respectivo análisis estadístico, en donde se

determinó un valor correspondiente a la desviación estándar de 0.71 y 0.83 (Kg/cm2), y un

coeficiente de variación de 19.87% y 18.19%, para muretes no reforzados y con refuerzo

respectivamente, se puede considerar que el valor promedio de los esfuerzos cortantes es

representativo frente a la totalidad de los datos.

El esfuerzo promedio cortante SS (Mpa) se incremento de 0.36 a 0.46, lo que indica un

aumento del 26.9 % con relación a la resistencia de los muretes sin refuerzo.

88


� Ensayos de flexión que generan tensión en las juntas verticales.

El ensayo de flexión es una adaptación de los ensayos que se han hecho en la universidad

de los andes42 para la caracterización de la mampostería43 y que sirvieron para la

elaboración del código de mampostería de la NSR-98.

A continuación se presentan los resultados obtenidos del ensayo en los muretes cuyas

juntas verticales fueron sometidas a flexión.

En los anexos A-28 y A-29 se contemplan la totalidad de las variables empleadas para el

cálculo anteriormente mencionado, de la misma manera en el anexo A-30 se encuentra una

comparación entre los datos obtenidos para muros reforzados y no reforzados.

Tabla Nº 2.12: Resultados ensayos de flexión sobre juntas verticales.

ESPECÍMEN CARGA

APLICADA (KN)

PESO PROPIO (KN/m)

MOMENTO MÁXIMO FLECTOR

(KN*m)

M-a 8,72 1,1283 2,27

M-b 9,22 1,1283 2,40

M-c 4,82 1,1348 1,30 MU

RE

TES

NO

R

EFO

RZA

DO

S

M-d 6,07 1,1364 1,61

PROMEDIO 1,89

ESPECÍMEN CARGA APLICADA (KN)

PESO PROPIO (KN/m)

MOMENTO MÁXIMO FLECTOR (KN*m)

MR-a 31,39 1,13 7,94

MR-b 37,82 1,13 9,55

MR-c 30,97 1,13 7,84

MU

RE

TES

RE

FOR

ZAD

OS

MR-d 28,64 1,15 7,25

PROMEDIO 8,14

42 Investigación experimental de la resistencia a la flexión en mampostería estructural / Víctor Alexander Lammoglia H. ; asesor Luis E. Yamín. Bogotá, D.C. : Uniandes, 2000. 43 Estudio analítico y experimental de alternativas para muros no estructurales en mampostería a la luz de la NSR-98 / Jorge Escobar Buelvas ; director: Luis Eduardo Yamín L. Uniandes, 2003.

89


Luego de obtener los datos y realizar el respectivo análisis estadístico, se determinó un valor

correspondiente a la desviación estándar de 0.53 y 0.98 (KN*m), de la misma manera se

obtuvo un coeficiente de variación de 27.8% y 12.07%, para muretes no reforzados y

reforzados, respectivamente. De dicho análisis, se puede concluir que los datos

corresponden a una caracterización representativa de los especímenes.

El momento máximo flector promedio (KN*m) que se obtuvo para los muretes sin refuerzo

fue de 1.89 y para los muretes con refuerzo de 8.14 lo que indica un incremento de 329.9 %

en su resistencia.

� Ensayos de flexión que generan tensión en las juntas horizontales.

A continuación se presentan los resultados obtenidos del ensayo en los muretes cuyas

juntas horizontales fueron sometidas a flexión.

En los anexos A-31 y A-32 se contemplan la totalidad de las variables empleadas para el

cálculo anteriormente mencionado, de la misma manera en el anexo A-33 se encuentra una

comparación entre los datos obtenidos para muros reforzados y no reforzados.

Tabla Nº 2.13: Resultados ensayos de flexión sobre juntas horizontales.


PESO PROPIO (KN/m)

MOMENTO MÁXIMO FLECTOR

(KN*m)

M-a 2,44 0,7744 0,67

M-b 2,67 0,7895 0,73

M-c 3,62 0,7866 0,97

MU

RE

TES

NO

R

EFO

RZA

DO

S

M-d 4,62 0,7900 1,22

PROMEDIO 0,90

90



PESO PROPIO (KN/m)

MOMENTO MÁXIMO

FLECTOR (KN*m)

MR-a 27,19 0,79 6,86

MR-b 28,99 0,79 7,31

MR-c 31,67 0,78 7,98

MU

RE

TES

RE

FOR

ZAD

OS

MR-d 21,22 0,79 5,37

PROMEDIO 6,88

Luego de obtener los datos y realizar el respectivo análisis estadístico, se determinó un valor

correspondiente a la desviación estándar de 0.25 y 1.1 (KN*m), de la misma manera se

obtuvo un coeficiente de variación de 27.7% y 16.1%, para muretes no reforzados y

reforzados, respectivamente. De dicho análisis, se puede concluir que los datos

corresponden a una caracterización representativa de los especímenes.

El momento máximo flector promedio (KN*m) que se obtuvo para los muretes sin refuerzo

fue de 0.9 y para los muretes con refuerzo de 6.88 lo que indica un incremento de 665.7 %

en su resistencia.

91


CAPÍTULO 3. MODELO ANALÍTICO

3.1 DISEÑO DE MODELO ANALITICO

El modelo analítico de los muretes fue desarrollado haciendo uso de los programas de

elementos finitos SAP2000 8 Non Linear44 y Xtract versión 3.0.345. Se realizó un modelo para

cada espécimen, es decir, uno para muretes sin refuerzo y otro con refuerzo, ambos

sometidos a tracción diagonal y a esfuerzos flectores.

3.1.1 SAP

Ya que el programa SAP aborda diversos aspectos de la solución de problemas de sólidos

elásticos, mediante métodos de elementos finitos mixtos lineales, la modelación tuvo como

objeto identificar la distribución de los esfuerzos y deformaciones que soportan internamente

los muretes al ser sometidas a un sistema de cargas en un rango elástico.

En el presente estudio, se realizaron dos tipos de modelaciones simultáneas, en la primera

los bloques de arcilla se modelaron como elementos tipo shell, el mortero de pega como tipo

solid y finalmente tanto el refuerzo en madera como los pernos como elementos tipo frames.

Así mismo los anclajes (pernos) se simularon como puntos restringidos (joint constrain), los

cuales se encuentran unidos al bloque, con el fin de garantizar un movimiento uniforme del

conjunto. En la modelación se obtuvo un total de 2312 Shells, 1104 Solids, y 3217 Joints

para el modelo sin refuerzo y 3026 Shells, 1440 Solids, 4119 Joints y 32 Frames para el

modelo con refuerzo.

La segunda modelación del murete fue realizada cambiando el mortero de pega de elemento

tipo solid a tipo frame. En la modelación se obtuvo un total de 2232 Shells, 96 Solids, 48

Joints y 48 Frames para el modelo sin refuerzo y 2520 Shells, 432 Solids, 2411 Joints y 80

Frames para el modelo con refuerzo.

44 SAP2000 8. Three Dimensional Static and Dynamic Finite Element Analysis and Design of Structures Nonlinear 8.01 caltrans. Computer and Structures Inc., Berkeley, California, 2002. 45Xtract versión 3.0.3, cross-sectional X sTRuctural Analysis of Components.

92


Los modelos se realizaron con base en las medidas de los bloques No 5 estándar, cuyas

dimensiones corresponden a:

Largo: 33 cm

Alto: 23 cm

Espesor: 11.5

Espesor de paredes verticales y horizontales: 1cm

Espesor de tabiques verticales y horizontales: 0.8cm

En donde se tiene un total de 3 caras verticales y 4 caras horizontales.

Figura Nº 3.1: Esquemas del bloque modelado en ZAP

Por otro lado las dimensiones utilizadas para la modelación de los muretes corresponden a

102 cm de largo x 96.54 cm de alto, utilizando juntas del mortero de pega de 1.5cm de

espesor, tanto en sentido vertical como horizontal. Adicionalmente el refuerzo en madera de

2.5cm * 15cm fue ubicado a 15 cm del borde del muro.

Con el fin de simular el ensayo de tracción diagonal se restringió una de las esquinas del

modelo del murete mientras que en la otra se aplicaron las fuerzas que simularon la fuerza

aplicada por el gato hidráulico. La esquina en donde se ubicaron los apoyos se restringió

ante desplazamientos en las tres direcciones cartesianas mientras que en la esquina

93


opuesta se restringieron solamente los desplazamientos en dirección perpendicular al plano

de los muretes.

En estas dos esquinas los bloques se rellenaron de mortero al igual que como ocurrió en la

experimentación realizada. Para este efecto los bloques de los extremos se llenaron con

elementos finitos tipo solid cuyo material constitutivo fue mortero.

Las fuerzas se aplicaron en dirección horizontal y vertical de tal manera que éstas fuesen

equivalentes a la fuerza aplicada durante los ensayos de tracción diagonal. Este

procedimiento se siguió tanto para los muretes sin refuerzo como para los muretes

reforzados y se esquematiza en las ecuaciones 3.1 y 3.2 así como en la Figura 3.2

θcos⋅=⋅ FF Horizontal Ecuación 3.1

θsenFF Vertical ⋅=⋅ Ecuación 3.2

Figura Nº 3.2: Distribución de fuerzas

94


En las ecuaciones 3.1 y 3.2 la fuerza denotada con F corresponde a la fuerza promedio

aplicada durante cada tipo de ensayo. De esta manera se obtuvo en promedio cargas

resistentes de 5663 Kg para muretes sin refuerzo y de 7193 Kg para los reforzados, teniendo

así las siguientes fuerzas verticales y horizontales:

� Muretes no reforzados:

KgF Horizontal 389244.14054.96

5663 =×=

KgF Vertical 411344.140

1025663 =×=

� Muretes reforzados:

KgF Horizontal 494444.14054.96

7193 =×=

KgF Vertical 8.522344.140

1027193 =×=

Se debe tener en cuenta que en el momento de aplicar la carga, esta se debe repartir

equitativamente en los nudos del modelo en elementos finitos sobre los que se distribuye la

fuerza aplicada.

3.1.2 XTRACT

La simulación del comportamiento de muretes sometidos a esfuerzos de flexión fue

modelada en un programa que permite realizar análisis planos de la sección transversal. El

programa, denominado XTRACT ®, funciona por diferencias finitas y fue posible usarlo

gracias a que el distribuidor suministró una licencia con duración de tiempo restringida para

usos educativos y de investigación.

95


Las dimensiones de los bloques y el mortero empleado en los modelos de XTRACT son las

mismas que las utilizadas para la modelación en SAP, sin embargo los muretes sometidos a

flexión sobre juntas verticales corresponden a muros de 71 * 102 cm, mientras que aquellos

en donde la flexión fue aplicada sobre las juntas horizontales eran de 96.5 * 67 cm. Cabe

resaltar que la luz libre entre apoyos para ambos casos corresponde a 81 cm, y la luz entre

ejes es de 91 cm. Así mismo se incluyó en los muretes reforzados el refuerzo en madera

con las dimensiones y las especificaciones usadas durante los ensayos físicos. En las

Figuras 3.3 a 3.6 se muestran los esquemas correspondientes a las diferentes modelaciones

realizadas.

Figura Nº 3.3: Esquema de muro no reforzado, sometido a flexión sobre juntas verticales.

Figura Nº 3.4: Esquema de muro reforzado, sometido a flexión sobre juntas verticales.

96


Figura Nº 3.5: Esquema de muro no reforzado, sometido a flexión sobre juntas horizontales.

Figura Nº 3.6: Esquema de muro reforzado, sometido a flexión sobre juntas horizontales.

A continuación en las Figuras 3.7 a 3.9 se muestran los modelos de las graficas de esfuerzo

vs deformación de cada uno de los materiales empleados y que sirvieron para alimentar el

programa de análisis. Dentro de los principales datos de entrada usados por el programa se

incluye el modulo de elasticidad, el esfuerzo resistente a compresión, esfuerzo resistente a

tracción así como las respectivas deformaciones límite de cada material.

Los datos usados para la modelación de las unidades de mampostería fueron los siguientes:

resistencia a la compresión f`cu= 14 MPa, módulo de elasticidad Em = 14000 MPa y esfuerzo

a la tracción correspondiente al 10% de f`cu, En los ensayos de laboratorio se midió la

resistencia a la compresión del material. Así mismo el módulo de elasticidad fue obtenido de

los datos reportados en las normas46 y en estudios previos realizados por otras

instituciones47. Finalmente la resistencia a la tracción fue estimada como el 10 % de su

46 NSR – 98. Normas Colombianas de Diseño Y Construcción Sismo Resistente. 47 Yamín, Luís E., García, Luís E., Galiano, J. Reyes, G. ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE MUROS DE MAMPOSTERÍA CONFINADA Y RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO. VI Seminario internacional sobre ingeniería sísmica, Universidad de los Andes, Bogotá, Septiembre 1993.

97


resistencia a la compresión asimilando el comportamiento de los bloques de arcilla cocida al

comportamiento del concreto.

Figura Nº 3.7: Grafica de caracterización de ladrillo. Esfuerzo Vs Deformación unitaria

Por otro lado, las propiedades usadas para la modelación del mortero de pega fueron las

siguientes: resistencia a la compresión f`cp= 12 MPa, módulo de elasticidad Em = 13900 MPa

y esfuerzo a la tracción correspondiente al 10% de f`cp. Nuevamente la resistencia a la

compresión fue medida en el laboratorio y los otros parámetros fueron tomados de las

normas48.

Figura Nº 3.8: Grafica de caracterización de mortero. Esfuerzo Vs Deformación unitaria

Adicionalmente en la grafica de la Figura 3.9 se presenta la curva esfuerzo vs. Deformación

usada en la caracterización de la madera, que para efectos del programa fue modelada

como un material similar al acero. Se usaron los siguientes parámetros: resistencia a la

tracción f`t= 8.5 MPa, módulo de elasticidad Em = 9000 MPa y resistencia a la compresión

igual al de tracción. 48 NSR – 98. Normas Colombianas de Diseño Y Construcción Sismo Resistente.

98


De nuevo la resistencia a la tracción fue medida en el laboratorio y los otros parámetros

fueron tomados de las normas49 y la literatura especializada50.

Figura Nº 3.9: Grafica de caracterización de madera. Esfuerzo Vs Deformación unitaria

Con las curvas de caracterización del material mencionadas anteriormente, y asignando a

cada geometría particular el material que la compone se elaboraron los análisis en el

programa XTRACT cuyos resultados se presentarán posteriormente.

49 NSR – 98. Normas Colombianas de Diseño Y Construcción Sismo Resistente. 50 ESTUDIOS SOBRE MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL. LUIS EDUARDO YAMÍN LACOUTURE. TESIS MAGÍSTER EN INGENIERÍA CIVIL. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. 1982.

99


3.2 RESULTADO Y ANÁLISIS

3.2.1 SAP

A continuación se presentan las figuras 3.10 y 3.11, de materiales en conjunto y mortero

respectivamente, en las cuales se muestra la modelación en SAP de los muretes no

reforzados.

Cabe anotar que los bloques rellenos de mortero, correspondientes a los extremos de la

diagonal tuvieron este tratamiento para poder garantizar la uniformidad de aplicación de

carga al momento de realizar los ensayos de laboratorio.

Figura Nº 3.10: Modelación del murete no reforzado, vista del conjunto.

100


Figura Nº 3.11: Modelación del murete no reforzado, vista del mortero.

Por otro lado en las figuras 12, 13 y 14, que corresponden a la modelación de muretes

reforzados, se pueden apreciar los esquemas tanto de los materiales en conjunto, como de

mortero y refuerzo, modelados en SAP.

Figura Nº 3.12: Modelación del murete reforzado, vista del conjunto

101


Como se puede apreciar en la figura 3.13 los bloques de los extremos de la diagonal

superior derecho e inferior izquierdo, se encuentran rellenos de mortero para garantizar la

uniformidad de aplicación de la carga al momento de realizar los ensayos de laboratorio, los

otros bloques rellenos tienen la función de proporcionar adherencia a los anclajes y no

permitir que la falla se presente en dichos puntos.

Figura Nº 3.13: Modelación del murete reforzado, vista del mortero

Figura Nº 3.14: Modelación del murete reforzado, vista del refuerzo e madera

102


Como los bloques y el mortero se modelaron en diferentes tipos de elementos, tipo Shell y

solid, SAP no permite visualizar los esfuerzos al mismo tiempo para estos dos tipos de

elementos, por ello se muestran los dos resultados independientemente.

Figura Nº 3.15: Vista del Contorno Smax en escala 0 a 25 Kg/cm².

a) Esfuerzos en los bloques. b) esfuerzos en el mortero.

Los resultados obtenidos en la diagonal de los muretes no reforzados corresponden a

esfuerzos máximos de 14 Kg/cm², dicho esfuerzo se presentó en las proximidades a las

juntas de pega de mortero.

Como se mencionó anteriormente, los esfuerzos máximos se concentran en la diagonal

sometida a tracción, tanto para bloques como para mortero, lo que representa el camino de

falla tal como se presentó en los ensayos de laboratorio.

Analizando los resultados de la distribución de esfuerzos en las tres caras verticales de los

bloques se puede concluir que estos se comportan de la misma manera, lo que indica un

comportamiento uniforme en las caras ya mencionadas.

Igualmente los resultados obtenidos para muretes reforzados se encuentran cercanos a los

20 Kg/cm², pero a diferencia de los muretes no reforzados estos se encuentran presentes en

la zona de confinamiento (entre los listones de madera).

103


Figura Nº 3.16: Vista del Contorno Smax en escala 0 a 25 Kg/cm².

a) Esfuerzos en los bloques b) Esfuerzos en el mortero

Como conclusión se puede decir que se observa un buen comportamiento del muro al ser

reforzado con listones de madera, ya que este sistema absorbe parte de la carga

suministrada y por ende el bloque disminuye en cierta medida sus esfuerzos principales.

También se observa que este sistema de refuerzo genera buena ductilidad. Aunque no se

tomaron datos de deformación durante los ensayos, si se pudo observar que aunque los

bloques fallan se mantiene la integridad de los muretes una vez aparecen grietas de

importancia.

104


Figura Nº 3.17: Vista del Contorno Axial y momento.

A continuación se muestran las fuerzas y momentos obtenidos en la modelación para los

listones de madera, junto con los esfuerzos de solicitación calculados.

Figura Nº 3.18: Esfuerzos de solicitación de los listones de madera

Fuerza axial

• 381.32 Kgf en el extremo superior derecho a compresión.

• 321.36 Kgf en el extremo inferior derecho a compresión.

• 476.54 Kgf en el extremo inferior izquierdo a compresión.

• 176.89 Kgf en el extremo superior izquierdo a compresión.

P M

IMc

AP +

AP

IMc −

105


Momento M3

- 1645.76 Kgf- cm en el extremo superior derecho.

- 1035.17 Kgf-cm en el extremo inferior derecho.

- 963.80 Kgf - cm en el extremo inferior izquierdo.

- 901.89 Kgf-cm en el extremo superior izquierdo

Tabla Nº 3.1: Esfuerzos de solicitación de los listones de madera al sometimiento de esfuerzos flectores.

Nombre Unidades Valores P Kgf 381.31 476.54 321.36 176.89 A cm2 15 15 15 15 M Kgf-cm 1645.76 963.8 1035.17 901.89 C Cm 0.75 0.75 0.75 0.75 I cm4 281.25 281.25 281.25 281.25 P/A Kgf / cm2 25 32 21 12 Mc/I Kgf / cm2 4 3 3 2 MC/I+P/A (Compresión) Kgf / cm2 30 34 24 14 MC/I-P/A (Tracción) Kgf / cm2 -21 -29 -19 -9

De acuerdo con la tabla 3.1 el esfuerzo máximo a la compresión solicitado a la madera es de

34 kg/cm2. De la misma manera el máximo esfuerzo a la tracción aplicado sobre los listones

de madera es de 29 kg/cm2. Estos esfuerzos son inferiores a los esfuerzos estipulados en la

NSR 98 para madera tipo C (8 Mpa a la compresión y 7.5 Mpa a la tensión), lo cual explica

que la madera no halla sufrido ningún tipo de falla o fisura durante la ejecución de los

ensayos de laboratorio.

106


3.2.2 XTRACT

Mediante el uso del programa XTRACT se elaboraron los diagramas de momento vs.

curvatura. Con base en estos se hallaron los diagramas de momento vs rotación para los

muretes reforzados, sometidos a flexión que genera tracción sobre las juntas horizontales y

verticales. Los resultados se presentan en las figuras 3.19 y 3.20.

Figura Nº 3.19: Modelación del murete no reforzado. Flexión sobre juntas horizontales.

Figura Nº 3.20: Modelación del murete no reforzado. Flexión sobre juntas verticales.

Como se puede observar los resultados de flexión en ambas direcciones son similares, lo

que indica que el momento resistente para ambos casos esta en el mismo orden de

magnitud.

El momento máximo reportado por el programa es de: 0.72Ton-m. Luego, conociendo que la

distancia entre ejes de apoyos era de 0.91m y sabiendo que el ensayo consistió en la falla a

flexión de una viga simplemente apoyada con carga puntual en el centro de la luz, es posible

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

θ θ θ θ (Rad)

Mxx

(MN-m

)

00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

θθθθ (Rad)

Mxx

(MN

-m)

107


obtener una fuerza teórica resistente para esta condición de carga mediante la ecuación 3.3

así:

LM

P4⋅= Ecuación 3.3

Se tiene que

PResistente teórica= 31.00 kN.

Aunque en apartados posteriores se hará un análisis exhaustivo de los resultados obtenidos,

es importante anotar que este valor de fuerza resistente está en el orden de magnitud de la

fuerza máxima soportada por los muretes que fueron sometidos a flexión en el laboratorio.

A continuación en las graficas 3.21 a 3.24 se presentan los resultados obtenidos de los

ensayos a flexión sobre muretes, dichos datos fueron tomados haciendo uso de un

deformímetro, el cual permitió medir desplazamientos durante el rango inicial del ensayo.

Figura Nº 3.21: Carga vs desplazamiento para flexión sobre juntas verticales.

MR-a`, MR-b`, MR-c`, MR-d`: indican el rango de desplazamiento del cual no se tiene datos

experimentales. Sin embargo el último punto corresponde a la fuerza y desplazamiento

máximo obtenidos en el laboratorio.

05

101520

2530354045

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Desplazamiento (m)

Fu

erza

(K

N)

MR-a

MR-b

MR-c

MR-d

MR-a`

MR-b`

MR-c`

MR-d`

108


Figura Nº 3.22: Detalle de Carga vs desplazamiento para flexión sobre juntas verticales.

Figura Nº 3.23: Carga vs desplazamiento para flexión sobre juntas horizontales.

De nuevo se anota que MR-a`, MR-b`, MR-c`, MR-d`: indican el rango de desplazamiento del

cual no se tiene datos experimentales. Sin embargo el último punto corresponde a la fuerza y

desplazamiento máximo obtenidos en el laboratorio.

0

5

10

15

20

25

30

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Desplazamiento (m)

Fu

erza

(K

N) MR-a

MR-b

MR-c

MR-d

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Desplazamiento (m)

Fu

erza

(K

N)

MR-a

MR-b

MR-c

MR-a`

MR-b`

MR-c`

109


Figura Nº 3.24: Detalle de Carga vs desplazamiento para flexión sobre juntas horizontales.

A pesar de que existe un rango en el cual no fue posible determinar el desplazamiento, se

cuenta con el dato de carga máxima, el cual se puede observar en las tablas 3.2 y 3.3.

Tabla Nº 3.2: Carga máxima de muretes sometidos a flexión vertical.

Especimen Carga máxima

(KN) MR-a 34,3 MR-b 40,7 MR-c 33,9 MR-d 31,5

Tabla Nº 3.1: Carga máxima de muretes sometidos a flexión horizontal.

Especimen Carga máxima

(KN) MR-a 27,19 MR-b 28,99 MR-c 31,67

02468

101214161820

0 0,005 0,01 0,015

Desplazamiento (m)

Fue

rza

(KN

)

MR-a

MR-b

MR-c

110


DUCTILIDAD Y COEFICIENTE DE REDUCCIÓN DE LA FUERZA SÍSMICA (R)

El concepto de un coeficiente de modificación de la respuesta fue propuesto basado en la

premisa que un buen detallamiento sísmico puede desarrollar un comportamiento dúctil así

como esfuerzos adicionales para los que fue diseñado. El factor “R” ha sido usado para

representar la relación existente entre las fuerzas que puede desarrollar un sistema

estructural bajo la acción de un evento sísmico específico si el sistema se mantuviese

elástico y las fuerzas de diseño a un nivel de esfuerzo y deformación denominado fluencia.

No obstante es posible definir un valor de R para cada uno de los niveles de desempeño de

la estructura, sin embargo el más importante corresponde a aquel enfocado a la

preservación de la vida, que probablemente sea cercano al R asociado con el colapso de la

estructura.

De acuerdo con la referencia [ATC-1995]51 la evaluación experimental del R de sistemas

estructurales condujo a que éste depende de tres factores que tienen en cuenta tres

diferentes contribuciones: La primera contribución puede ser asociada con la reserva de

resistencia de los materiales y del sobrediseño, la segunda asociada con un factor de

ductilidad y la tercera corresponde a un factor que depende del amortiguamiento. Con base

en lo anterior se estableció que el valor de R puede expresarse como se muestra a

continuación.

ξξξξµµµµRRRR

S==== Ecuación Nº 3.6

en donde

RS = Factor de resistencia y se calcula como el máximo cortante basal dividido por el

cortante basal de diseño a un nivel dado de esfuerzo.

R� = Factor de ductilidad y se calcula como el cortante basal para una respuesta netamente

elástica dividido por el máximo cortante basal. Así mismo se puede calcular como la relación

entre el desplazamiento máximo admisible y el desplazamiento que causa la fluencia del

sistema estructural

R� = Factor de amortiguamiento que depende del amortiguamiento elástico esperado.

51 ATC-(Applied technology council) structural response modification factors -1995

111


� Factor de resistencia RS

Este factor depende de diversos parámetros como el hecho de que en los códigos de diseño

los límites establecidos para la deriva generan en algunos casos elementos estructurales

cuyas dimensiones aseguran resistencias superiores a las estimadas mediante el cálculo

estructural efectuado por el diseñador. Así mismo, en la mayoría de los casos, los elementos

estructurales quedan relativamente sobre diseñados por efecto del procedimiento mismo

seguido por los ingenieros estructurales.

El factor de resistencia puede ser determinado con base en un análisis no lineal estático de

“Pushover”, en donde para un nivel preestablecido (ya sea de deriva o de resistencia) se

determina un valor de cortante basal denominado VO. Dividiendo VO por el valor del cortante

basal de diseño, Vd, se determina el valor del factor de resistencia.

• Factor de ductilidad Rµµµµ

De acuerdo con el ATC-19, 199552, el factor de ductilidad está asociado con el

desplazamiento máximo adicional al desplazamiento que define el límite elástico de un

sistema de un grado de libertad, el cual generalmente describe su función de rigidez

mediante una curva elasto-plástica. Si se define el desplazamiento máximo elástico como µy

(límite de proporcionalidad elástica de la curva fuerza contra desplazamiento) y el

desplazamiento máximo permisible como µm (de acuerdo con límites preestablecidos en los

códigos), la ductilidad al desplazamiento estaría dada por la relación µ µ µ µ = µµµµm /µµµµy. Lo anterior

se expresa gráficamente en la Figura 3.22.

52 ATC-(Applied technology council) structural response modification factors -1995

112


Figura Nº 3.24: Relación de resistencia vs. Desplazamiento53

Entonces la ductilidad al desplazamiento µ se calcula como el cortante basal para una

respuesta netamente elástica dividido por el máximo cortante basal del análisis no lineal

estático de “Pushover”. La anterior suposición se fundamenta en que es probable que el

máximo desplazamiento inelástico sea igual al desplazamiento elástico.

Con base en lo establecido anteriormente el ATC-19, 1995, propone que es posible

determinar relaciones útiles para estimar el factor de ductilidad Rµ para sistemas elasto-

plásticos de un grado de libertad como se indica a continuación:

Para frecuencias superiores a 33 Hz (periodos inferiores a 0.03 segundos)

0.1====µµµµR

Para frecuencias entre 2 Hz y 8 Hz (periodos entre 0.12 segundos y 0.5 segundos)

12 −−−−==== µµµµµµµµR

Para frecuencias menores 1 0 Hz (periodos mayores a 1.0 segundos)

µµµµµµµµ====R

� Factor de amortiguamiento

53 Tomado de Análisis no lineal simplificado de estructuras. Ruiz Valencia, Daniel Mauricio.

Resistencia

Desplazamiento

Curva de fuerza-Desplazamiento del sistema

Simplificación elasto-plástica

µy µm

Límite de desplazamiento

máximo

113


Finalmente, con base en el documento [ATC-19, 1995] se puede determinar el valor de Rξ

como se muestra en la tabla 5.1.

Tabla N° 3.4. Factor de amortiguamiento (Rξξξξ ) con base en el coeficiente de

amortiguamiento con respecto al crítico, (ξξξξ��[ATC-1995]

Coeficiente de Amortiguamiento con

respecto al crítico (%) R�

2 0.80

5 1.00

10 1.19

15 1.39

20 1.50

ESTIMACIÓN DE LA DUCTILIDAD Y DEL R A PARTIR DE LOS ENSAYOS DE

LABORATORIO

Durante los ensayos se pudo observar que a una deflexión de 0.2 cm (Ver Figura 3.22 y

3.24) se empiezan a presentar las primeras fisuras en los bloques que se manifiesta en una

leve caída en la resistencia. Por esta razón este valor se toma como la deflexión máxima

para que no se presente daño excesivo. Por otro lado para una deflexión de 0.6 cm se

presentan daños asociados con la falla de los bloques lo cual puede originar una serie de

inestabilidades que comprometan la estabilidad estructural. A partir de este punto la madera

empieza a trabajar como el elemento más importante de soporte del sistema. Por esta razón

se asume que para esta deflexión ocurre un fenómeno similar al de la fluencia del acero en

el concreto reforzado.

Aplicando la siguiente ecuación se puede obtener una ductilidad.

admisiblDespFluenciadeDesp

___=µ Ecuación Nº 3.4

114


Ductilidad = 0.6 / 0.2 = 3

Esto indica que la carga de diseño puede disminuirse ya que el muro con su sistema de

refuerzo es más dúctil. Con base en el ATC 40 se podría estimar un rango de variación del

factor de reducción de la fuerza sísmica R como se indica a continuación:

Para frecuencias superiores a 33 Hz (periodos inferiores a 0.03 segundos)

0.1====µµµµR

Para frecuencias entre 2 Hz y 8 Hz (periodos entre 0.12 segundos y 0.5 segundos)

2.212 =−= µµR

Para frecuencias menores 1 0 Hz (periodos mayores a 1.0 segundos)

3=µR

Con el fin de realizar análisis conservativos de este tipo edificaciones reforzadas con listones

de madera, sería recomendable usar un rango de variación del factor R entre 1.5 y 2.0. Este

valor debe compararse con el estipulado en la NSR 98 para estructuras de mampostería sin

refuerzo que es de 1.0. Por esta razón la instalación de los elementos confinantes de

madera genera incrementos de ductilidad que se pueden extrapolar a reducciones de la

fuerza sísmica aplicada sobre todo el sistema.

No obstante es claro que los análisis presentados anteriormente para la ductilidad fueron

basados exclusivamente en ensayos a flexión. Por esta razón para implementar este rango

de variación del R a estructuras reforzadas con madera, haría falta estimar los incrementos

de ductilidad en los ensayos de tracción diagonal, lo cual se propone como trabajo futuro.

115


CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Una vez finalizada esta investigación fue posible llegar a un número de conclusiones

favorables, de las cuales se destaca que el sistema de refuerzo estudiado (muretes de

mampostería reforzados con listones de madera) tiene una amplia aplicabilidad en la

actualidad colombiana, logrando mejorar de manera significativa el comportamiento de la

mampostería no estructural ante eventos sísmicos.

A continuación se presentan los resultados generales encontrados a lo largo de este trabajo

de grado:

• Se obtuvo un aumento del 26.9 % en la resistencia al corte de los muretes

reforzados en relación a los no reforzados.

• La resistencia a la flexión sobre juntas verticales y horizontales presentó un

incremento de 329.9 % y de 665.7 % respectivamente.

• Se observó que con el uso del sistema de refuerzo se logra mantener la integridad

estructural del muro al ser sometido a los diferentes esfuerzos aplicados en los

ensayos de laboratorio.

• El sistema de refuerzo logra que las piezas no se separen catastróficamente una vez

se genera la falla por tracción diagonal, evitando un comportamiento de falla frágil, lo

que da como resultado un notable mejoramiento en la integridad del sistema

estructural. Por esta razón es posible afirmar que ante un evento sísmico es

probable que aquellos muros en mampostería que se encuentren reforzados

minimizarán la afectación de vidas humanas y aminorarán las perdidas materiales

que puedan presentarse, ya que una vez que se pronuncian las fisuras los listones

de madera y el sistema de anclaje mantienen la integridad del sistema estructural.

• Habiendo calculado una ductilidad al desplazamiento, con base en los ensayos a

flexión, se determina un aumento en el coeficiente de disipación de energía R a un

valor entre 1.5 y 2.0. comparado con el exigido en la NSR 98 en donde se exige se

diseñe con un valor de 1.0.

116


• Se recomienda rellenar los bloques en los cuales se encuentren ubicados los

anclajes haciendo uso de mortero (mortero de relleno), con el fin de evitar posibles

desprendimientos de los éstos ante la acción de cargas sísmicas de gran magnitud.

• Se obtuvo resultados satisfactorios pese a haber utilizado la madera de más bajo

perfil en el mercado, ya que lo que se buscó desde un principio fue un aporte

mayoritariamente en confinamiento. No obstante, es claro que la presencia de la

madera generó incrementos relativamente importantes en resistencia.

• Este sistema de refuerzo no presenta mayores sobre costos lo cual puede

observarse en el siguiente Análisis de Precios Unitarios.

Teniendo en cuenta el sistema de refuerzo que consta de listones de madera y anclajes con

pernos, se realizó la evaluación de los costos necesarios para la implementación de éste

nuevo reforzamiento.

Cabe anotar que los precios dados corresponden a Pesos Colombianos del 2005.

Instalación del sistema de refuerzo m2

Ref Descripción Unidad Cantidad Valor Unitario Valor total

Mano de obra Cuadrilla

mampostería (of+ayud)

hc 0,8 10202 8161,6

Listones de madera ml 8 731 5848

Varillas ml 0,8 2100 1680

Arandela lb 0,08 3200 256

Pernos un 8 42 336

Mortero de pega (1:3)

Cemento Kg 3,33 350 1165,5

Arena lavada de peña m3 0,0077 25000 192,5

Agua lt 1,62 12 19,44

Bloque No 5 un 13 897 11661

Mortero de relleno (1:3)

Cemento Kg 7,84 350 2744

Arena lavada de peña m3 0,018 25000 450

Materiales

Agua lt 3,8 12 45,6

Total 32559,64

117


Con este análisis de costos se pudo detectar que el valor por m² planteado en este trabajo

de grado tiene costos realmente bajos y de fácil adquisición.

Restauración de un muro construido con rellenos en los anclajes

Instalación del sistema de refuerzo m2

Ref Descripción Unidad Cantidad Valor Unitario Valor total

Mano de obra Cuadrilla

mampostería (of+ayud)

hc 0,4 10202 4080,8

Listones de madera ml 8 731 5848

Varillas ml 0,8 2100 1680

Arandela lb 0,08 3200 256

Pernos un 8 42 336

Mortero de pega (1:3)

Cemento Kg 3,33 350 1165,5

Arena lavada de peña m3 0,0077 25000 192,5

Agua L 1,62 12 19,44

Mortero de relleno (1:3)

Cemento Kg 7,84 350 2744

Arena lavada de peña m3 0,018 25000 450

Materiales

Agua L 3,8 12 45,6

Total 16817,84

Proyectos futuros:

Una vez concluido el objetivo general de este estudio, se recomienda profundizar en

aspectos tales como:

• Cálculo de la ductilidad a la tracción diagonal en muretes.

• Evaluar el comportamiento de muros a escala real.

• Modelación del sistema de refuerzo en una edificación familiar típica.

• Evaluación del comportamiento de muretes combinando diferentes sistemas de refuerzo.

118


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120


MMAATTEERRIIAALLEESS IINNDDIIVVIIDDUUAALLEESS

121


MMOORRTTEERROO DDEE PPEEGGAA

122


EVALUACIÓN SISMICA DE MAMPOSTERÍA NO ESTRUCTURAL REFORZADA CON LISTONES DE MADERA

A - 1Andrea Serrano B

Referencia:MªAngélica Molano VAutor:

Resultado ensayo de compresión sobre cubos de mortero 1:3

123





Resultado ensayo de compresión sobre cubos de mortero 1:3

0

5

10

15

20

25

Especímen

Res

iste

nci

a a

la c

omp

resi

ón

f'c

p (M

Pa)

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M1-

a

M2-

a

M3-

a

M4-

a

M5-

a

M6-

a

M1-

b

M2-

b

M3-

b

M4-

b

M5-

b

M6-

b

M1-

c

M2-

c

M3-

c

M4-

c

M5-

c

M6-

c

M e z c

124





Resultado ensayo de tracción sobre corbatines de mortero 1:3

125





Resultado ensayo de tracción sobre corbatines de mortero 1:3

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Especímen

Esf

uer

zo m

áxim

o (

KN

/m2)

M1

M2M3

M4M5

M6

M1-

a

M2-

a

M3-

a

M4-

a

M5-

a

M6-

a

M1-

b

M2-

b

M3-

b

M4-

b

M5-

b

M6-

b

M1-

c

M2-

c

M3-

c

M4-

c

M5-

c

M6-

c

M e z c la

126





Resultado ensayo de fluidez sobre mortero de pega 1:3

127





Resultado ensayo de fluidez sobre mortero de pega 1:3

0

50

100

150

200

250

300

350

Especímen

Flu

idez

(%

) M1

M2

M3

M4

M5

M6

M1

M2

M3

M4

M5

M6

Códi go de c ol or e s me z c l a s

128


UUNNIIDDAADDEESS DDEE MMAAMMPPOOSSTTEERRÍÍAA

129





Resultado ensayo de compresión sobre unidades de mampostería.

130






0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

B1 B2 B3 B4 B5

Especímen

Res

iste

nci

a a

la c

om

pre

ció

n f

'cu

(M

Pa)

131






132






0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

B1 B2 B3 B4 B5

Especímen

Res

iste

nci

a a

la c

om

pre

ció

n f

'c (

MP

a)

133


MMAADDEERRAA

134





Resultado ensayo resistencia al cizallamiento en probetas de madera.

L: En dirección de las fibras longitudinales

T: En dirección de las fibras transversales

P: En dirección de las fibras perpendiculares

135





Resultado ensayo resistencia al cizallamiento en probetas de madera.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

Especímen

Res

iste

ncia

a la

co

mp

resi

ón

(MPa

)

LongitudinalTransversal

Perpendicular

L-1

T-1 P-1

L-2

T-2

P-3

L-3

T-3

P-3

Tipo de probeta

136





Resultado ensayo de tracción paralela al grano en probetas de madera.

137





Resultado ensayo de tracción paralela al grano en probetas de madera.

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

TL - 1 TL - 2 TL - 3 TL - 4 TL - 5

Especímenes

Res

iste

nci

a a

la t

racc

ión

de

fib

ras

lon

git

ud

inal

es

(MP

a)

138





Resultado ensayo de tracción perpendicular al grano en probetas de madera.

139





Resultado ensayo de tracción perpendicular al grano en probetas de madera.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

TC - 1 TC - 2 TC - 3

Especímenes

Res

iste

nci

a a

la t

racc

ión

de

fib

ras

per

pen

dic

ula

res

(MP

a)

140





Resultado ensayo de flexión en probetas de madera.

141






0,0

2000,0

4000,0

6000,0

8000,0

10000,0

12000,0

P-1 P-2 P-3 P-4

Especímen

Mo

men

to m

áxim

o fl

ecto

r (K

N*m

)

T

142






Carga en función desplazamiento de probeta en madera P1 sometida a flexión

0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14

Desplazamiento(mm)

Car

ga

(N)

143







-100

-50

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8 10 12

Desplazamiento (mm)

Car

ga

(N)

144







0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30 35

Desplazamiento (mm)

Car

ga

(N)

145







0

50

100

150

200

250

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Desplazamiento (mm)

Car

ga

(N)

146


MMAATTEERRIIAALLEESS EENN CCOONNJJUUNNTTOO

147


PPRRIISSMMAASS

148





Resultado ensayo de compresión sobre prismas de mampostería.

149





Resultado ensayo de compresión sobre prismas de mampostería.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

P - 1 P - 2 P - 3 P - 4

Especímenes

Res

iste

nci

a a

la c

om

pre

sió

n (

MP

a)

150


MMUURREETTEESS

151





Resultado ensayo tracción diagonal sobre muretes.

152






153






Esfuerzo Cortante Ss de Muretes

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

Especímen

Esf

uer

zo c

ort

ante

Ss

(MP

a)

NOREFORZADOSREFORZADOS

M-a MR-a M-b MR-b M-c MR-c M-d MR-d

Característica del murete

154





Resultado ensayo de flexión sobre juntas verticales.

155






156



A – 30Andrea Serrano B



0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

M-a M-b M-c M-d

Especímen

Mo

men

to m

áxim

o fl

ecto

r (K

N*m

)

No Reforzados

Reforzados

Tipo de muro

157





Resultado ensayo de flexión sobre juntas horizontales.

158






159






0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

M-a M-b M-c M-d

Especímen

Mom

ento

máx

imo

flec

tor

(KN

*m)

No Reforzados

Reforzados

Tipo de muro

160





Dimensiones de bloque Nº 5

rehabilitación sísmica de mampostería no estructural mediante

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