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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

REHABILITACIÓN Y REFORZAMIENTO DE MUROS DE MAMPOSTERÍA CONFINADA SUJETOS A CARGAS EN EL PLANO

Luis Enrique Fernández Baqueiro1, Emmanuel Solís Alcocer2 y Jorge Luis Varela Rivera1

RESUMEN

Se estudia el comportamiento de muros rehabilitados y reforzados de mampostería confinada. Se consideraron ocho muros de bloques huecos de concreto previamente ensayados. Cuatro muros fueron rehabilitados y cuatro reforzados. Los muros se ensayaron bajo cargas laterales en su plano. Se obtuvieron curvas de histéresis (carga lateral – distorsión) y patrones de agrietamiento de los muros. Se observó que los muros rehabilitados presentaron una menor carga de agrietamiento diagonal en comparación con los muros originales. Los muros reforzados presentaron una carga de agrietamiento diagonal mayor que la de los muros originales.

ABSTRACT

The behavior of rehabilitated and strengthened confined masonry walls was studied. Eight previously tested walls made of hollow concrete blocks were considered. Four walls were rehabilitated and four were strengthened. Walls were tested under in-plane lateral loads. Hysteretic loops (lateral load – distortion) and cracking patterns of walls were obtained. It was observed that rehabilitated walls had a diagonal cracking load smaller than that of the original walls. Strengthened walls had a diagonal cracking load greater than that of the original walls.

INTRODUCCIÓN

En México, los muros de mampostería confinada de piezas de tabique o bloques huecos de concreto son el sistema estructural más empleado en edificaciones. En la ciudad de Mérida se utilizan bloques huecos de concreto de dimensiones nominales 12 x 20 x 40 cm, 15 x 20 x 40 cm y 20 x 20 x 40 cm (espesor x altura x longitud). En la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán se han desarrollado múltiples trabajos de investigación orientados a estudiar la mampostería empleada en la región. Inicialmente se determinaron las propiedades básicas de la mampostería (e.g. Varela Rivera et al., 2008; Fernández Baqueiro et al., 2012). En una segunda etapa se determinó el comportamiento de muros de mampostería confinada sujetos a cargas en el plano (e.g. Fernández Baqueiro et al., 2014) y fuera del plano (e.g. Varela Rivera et al., 2012; Moreno Herrera et al., 2016). En esta tercera etapa se estudia el comportamiento de muros rehabilitados y reforzados de mampostería confinada de bloques huecos de concreto. Durante su vida útil los muros de una edificación pueden sufrir daños, por lo que puede ser necesario rehabilitarlos o reforzarlos. La rehabilitación tiene como objetivo recuperar la resistencia original del muro. El reforzamiento tiene como propósito aumentar la resistencia del muro con respecto a la original. El reforzamiento de muros de mampostería ha sido estudiado en México (e.g. Flores y Alcocer, 1998; Flores et al., 2012; Zepeda et al., 1996; Flores et al., 2004), mientras que la rehabilitación ha sido poco estudiada. En ambos casos, se han considerado principalmente piezas de arcilla (sólidas y multiperforadas), y muros con relación de aspecto (altura entre longitud del muro) de 1 o menor. No se ha estudiado la rehabilitación y reforzamiento de muros de mampostería confinada de bloques huecos de concreto con diferente relación de aspecto.

1 Profesor del Cuerpo Académico de Estructuras y Materiales. Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán. Av. Industrias No Contaminantes por Anillo Periférico Norte s/n. A. P. 150 Cordemex, Mérida, Yucatán, México. Teléfono: (999) 930-05-50, extensiones 1001 y 1074; Fax: (999) 930-05-59; [email protected], [email protected] 2 Anteriormente: Estudiante de la Maestría en Ingeniería opción Estructuras de la Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Yucatán; [email protected]

XX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Mérida, Yucatán 2016.

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El objetivo de esta investigación es evaluar el comportamiento de muros rehabilitados y reforzados de mampostería confinada de bloques huecos de concreto, sujetos a cargas laterales en su plano mediante el ensaye de muros a escala natural y el desarrollo de modelos analíticos. Se propone como técnica de rehabilitación la sustitución total de las piezas de mampostería y la reposición del concreto en los extremos de castillos. Se propone como técnica de reforzamiento los mismos pasos empleados para muros rehabilitados y adicionalmente un recubrimiento de mortero con una proporción por volumen 1:5 (cemento Portland: arena) aplicado a ambas caras del muro. Se utilizaron los muros previamente ensayados por Raygoza (2012) y Sosa (2013). Estos muros tienen una relación de aspecto mayor a uno. Se consideraron dos variables de estudio: relación de aspecto y espesor del mortero de recubrimiento. Se rehabilitaron cuatro muros con relaciones de aspecto de 1.17 (muro MR2), 1.82 (muro MR4), 1.14 (muro MR6) y 1.75 (muro MR7). Se reforzaron cuatro muros con relaciones de aspecto de 1.17 (muro MR1), 1.82 (muro MR3), 1.14 (muro MR5) y 2.40 (muro MR8). Se consideraron bloques huecos de concreto de tres celdas verticales de dimensiones nominales de 120x200x400 mm y 150x200x400 mm (largo x altura x ancho). Se obtuvieron curvas de histéresis (carga lateral – distorsión) y patrones de agrietamiento de los muros de mampostería confinada ensayados. Se comparan las envolventes de los ciclos histeréticos de los muros rehabilitados y reforzados con los muros originales. Con base en los resultados experimentales se calibran ecuaciones de resistencia a cortante y resistencia a cortante máxima.

METODOLOGÍA

Los muros de mampostería confinada (MMC) se construyeron utilizando bloques huecos de concreto de tres celdas verticales con dimensiones nominales de 120x200x400 mm y 150x200x400 mm (ancho x altura x longitud) (Figura 1). Los bloques provenían de un mismo lote de fabricación. La planta de fabricación se localiza en el Municipio de Mérida. Se consideró un mortero en proporción por volumen 1:2:7 (cemento Portland : cal : arena) (Varela Rivera et al., 2008) y un espesor promedio de junta de 10 mm. Las actividades realizadas en esta investigación fueron (Solís, 2014):

Selección de las variables de estudio y diseño de los muros. Revisión del nivel de daño de los muros previamente ensayados. Propuesta de procedimiento de rehabilitación y reforzamiento. Ensaye de los materiales utilizados en la rehabilitación y reforzamiento. Construcción de pilas y muretes. Rehabilitación y reforzamiento de los muros. Diseño de los sistemas de carga e instrumentación. Ensaye de pilas y muretes. Ensaye de muros de mampostería confinada.

Figura 1 Geometría de los bloques huecos de concreto DISEÑO DE MUROS

Las variables de estudio fueron la relación de aspecto y el espesor del mortero de recubrimiento del muro. En la tabla 1 se presentan las características de los muros ensayados: altura (H), longitud (L), espesor del muro, relación de aspecto (H/L), carga axial y espesor del mortero de recubrimiento. En esta tabla se puede observar que los pares de muros MR1 y MR2, MR3 y MR4, MR5 y MR6 tienen la misma relación de aspecto. Los

Paredexterior

Paredinterior

Longitud del bloque

Altura del bloque

Espesor del bloque

Espesor de las paredes de las celdas

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructuralmuros MR1 y MR3, MR5 y MR8, tienen el mismo espesor del mortero de recubrimiento. Los castillos de los muros MR1 a MR4 tuvieron una dimensión de 120x120 mm y los de los muros MR5 a MR8 de 150x150mm. La carga axial aplicada al muro corresponde a una edificación de 4 niveles. En la figura 2 se presenta la geometría de los muros MR1 a MR4.

Tabla 1 Características de los muros

Muro Altura (mm)

Longitud (mm)

Espesor (mm)

Relación de

aspecto H/L

Carga Axial (kN)

Espesor de

mortero (mm)

MR1 2660 2280 120 1.17 150 15 MR2 2660 2280 120 1.17 150 0 MR3 2660 1460 120 1.82 96 15 MR4 2660 1460 120 1.82 96 0 MR5 2660 2340 150 1.14 150 10 MR6 2660 2340 150 1.14 150 0 MR7 2660 1520 150 1.75 150 0 MR8 2660 1110 150 2.40 75 10

Muro MR1 y MR2 Muro MR3 y MR4

Figura 2 Dimensiones de los muros ensayados (cotas en mm) PROCEDIMIENTO DE REHABILITACIÓN Y REFORZAMIENTO

En general el nivel de daño observado en los muros fue clasificado como severo, ya que se observaron grietas que atravesaban en su totalidad las piezas y al tratarse de bloques huecos las paredes de los mismos pierden integridad, limitando su capacidad para resistir cargas, por lo tanto la propuesta generalizada fue la sustitución total de las piezas. La mayoría de los extremos de castillos presentaban grietas inclinadas, por lo tanto se propuso sustituir el concreto de los extremos de castillos. El procedimiento de rehabilitación seguido fue:

a) Quitar la totalidad de piezas b) Demoler los extremos de elementos confinantes c) Colar concreto en los extremos de elementos confinantes d) Reconstruir el muro de mampostería

El procedimiento de reforzamiento es el mismo empleado en la rehabilitación, añadiendo el siguiente paso:

e) Aplicar el recubrimiento de mortero (ver tabla 1)


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ENSAYE DE MATERIALES

Bloques, concreto y morteros

Para la rehabilitación y reforzamiento de los muros MR1, MR2, MR3 y MR4 se emplearon bloques del mismo lote a los utilizados en los muros originales (Sosa, 2013). En los muros MR5, MR6, MR7 y MR8 se emplearon bloques de un nuevo lote. Para los muros MR1, MR2, MR3 y MR4 se consideraron las propiedades índice de los bloques y la mampostería obtenidas por Sosa (2013). Para los muros MR5, MR6, MR7 y MR8 se obtuvieron las propiedades índice de los bloques y de la mampostería. Las pruebas realizadas a los materiales fueron:

Granulometría de arena, NMX-C-077-ONNCCE-1997 (ONNCCE, 1997) Resistencia a compresión axial de bloques huecos de concreto, NMX-C-036-ONNCCE-2004

(ONNCCE, 2004) Resistencia a compresión axial de mortero, NMX-C-061-ONNCCE-2010 (ONNCCE, 2010a) Resistencia a tensión de mortero, NMX-C-163-1997-ONNCCE Módulo de elasticidad de mortero, NMX-C-128-1997-ONNCCE

Los ensayes se realizaron en la máquina universal marca “SATEC” con capacidad de 600 kN del laboratorio de Estructuras y Materiales (LEM) de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán (FIUADY). Pilas y muretes

Se determinó la resistencia a compresión axial y el módulo de elasticidad de la mampostería de acuerdo a la norma NMX-C-464-ONNCCE-2010 (ONNCCE, 2010b). Se construyeron seis pilas. Cada pila consistió de tres bloques. El mortero de las dos juntas horizontales se colocó en las paredes exteriores de las celdas paralelas a la longitud del bloque, de acuerdo con la práctica del sureste del país. Las pilas se ensayaron en el marco de carga metálico de la losa de reacción del LEM de la FIUADY. Las cargas se aplicaron mediante un actuador hidráulico marca ENERPAC modelo RCH306 con capacidad de 294 kN. Las cargas se registraron con una celda de carga marca SENSOTEC, modelo TH/1589-02 con capacidad de 333.6 kN. A manera de respaldo, se utilizó un transductor de presión marca SENSOTEC modelo 060-2345-16 de 69 MPa. Los desplazamientos axiales se midieron con dos potenciómetros lineales marca ETI, modelo LCP12S-25, de 12 mm de longitud, los cuales fueron colocados al centro de los lados largos de la pila. Se determinó la resistencia a compresión diagonal y el módulo de cortante de la mampostería de acuerdo a la norma NMX-C-464-ONNCCE-2010 (ONNCCE, 2010b). Se construyeron tres muretes. Las dimensiones de los muretes fue de 121 x124 cm. La junta horizontal de mortero se colocó sobre las paredes exteriores de las celdas paralelas a la longitud de los bloques; la junta vertical de mortero se colocó sobre toda el área. La colocación del mortero fue de acuerdo con la práctica del sureste del país Los muretes se ensayaron en el marco de carga metálico de la losa de reacción del LEM de la FIUADY. Las cargas se aplicaron mediante un actuador hidráulico marca ENERPAC modelo RCH156 con capacidad de 147 kN. Las cargas se obtuvieron utilizando una celda de carga marca CONTROLS modelo 82-E0100/BS de 300 kN. A manera de respaldo se utilizó un transductor de presión marca SENSOTEC modelo 060-2345-16 de 69 MPa. Los desplazamientos axiales y longitudinales se midieron con cuatro potenciómetros lineales marca ETI, modelo LCP12S-25, de 12 mm de longitud, los cuales fueron colocados sobre el eje de las diagonales del murete. ENSAYE DE MUROS DE MAMPOSTERÍA CONFINADA

Los muros se ensayaron bajo carga axial constante y carga lateral cíclica reversible. El sistema de carga axial estaba formado por una viga balancín de acero, una viga de repartición de carga axial de acero, dos tensores de acero y un actuador hidráulico de 294 kN. Este actuador se conectó a un servo control mecánico para mantener la carga axial constante durante la prueba. La carga axial se midió utilizando dos celdas de carga tipo dona de 222.5 kN. Estas celdas se colocaron en los extremos inferiores de los tensores. Para verificar la carga axial se utilizó un transductor de presión de 69 MPa. La carga lateral se aplicó mediante un sistema formado por dos

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructuralmarcos de reacción de acero conectados en paralelo, una viga de carga lateral de acero y un actuador hidráulico de doble vía marca Miller Parker de 274 kN. Los muros se conectaron a la losa de reacción en los extremos de las cadenas de cimentación. Para medir la fuerza impuesta por el actuador hidráulico se utilizó una celda de carga de tipo pasador de la marca STRAINSERT con capacidad de 400 kN. La celda se colocó en el extremo movible del actuador hidráulico. Para medir la presión del actuador hidráulico se utilizaron dos transductores de presión marca SENSOTEC modelo LM con capacidad de 34.5 MPa. Una vista general del sistema de carga lateral se presenta en la figura 3.

Figura 3 Sistema de carga lateral Los desplazamientos relativos entre la trabe de carga lateral y la cadena superior del muro, entre el muro y la base de concreto, así como entre la base y la losa de reacción se midieron con potenciómetros lineales marca ETI de 12 y 25 mm. Para medir desplazamientos lineales en la parte superior del muro, acortamientos de los elementos confinantes y distorsiones del panel de mampostería se utilizaron potenciómetros de polea de la marca UNIMEASURE modelo PA con capacidades de 50, 125 y 375 mm (Figura 4).

Figura 4 Instrumentación para medir desplazamientos en el muro


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Para la aplicación de la carga lateral, se siguió el protocolo de ensaye de muros de mampostería del Apéndice Normativo A- Criterio de Aceptación de Sistemas Constructivos a base de mampostería diseñados por sismo de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería del Distrito Federal (NTCM) (GDF, 2004a). Los ciclos de carga lateral tienen dos tipos de control, uno por carga y otro por desplazamiento (Figura 5). Los tres primeros pares de ciclos son por control de carga y posteriormente son por control de desplazamiento en intervalos de 0.002 de la distorsión del muro.

Figura 5 Protocolo de ensaye de los muros de mampostería confinada

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

MATERIALES

Bloques, concreto y morteros

Los bloques huecos de concreto de 120 mm de espesor ensayados por Sosa (2013), tuvieron dimensiones promedio de 114.6 x 195.6 x 394.5 mm (ancho x altura x longitud). El espesor promedio de las paredes de las celdas fue de 28.55 mm. La relación promedio entre las áreas netas y las áreas totales fue de 0.64. La resistencia a compresión axial media de los bloques sobre área total obtenida fue de 6.18 MPa. Las dimensiones promedio de los bloques huecos de concreto de 15mm de espesor fueron 142.5 x 195.32 x 395.18 mm (ancho x altura x longitud). El espesor promedio de las paredes de las celdas fue de 28.9 mm. La relación promedio entre las áreas netas y las áreas totales fue de 0.58. La resistencia a compresión axial media de los bloques sobre área total fue de 5.48 MPa. La resistencia a compresión axial, tensión y módulo de elasticidad del mortero de recubrimiento fue de 11.16 MPa, 1.08 MPa y 16486 MPa, respectivamente. Pilas y muretes

En la figura 6 se presentan las curvas esfuerzo-deformación unitaria de las pilas de mampostería. En la figura 7 se presentan las curvas esfuerzo-deformación unitaria de los muretes de mampostería. La resistencia a compresión axial, a compresión diagonal y el módulo de elasticidad de la mampostería fue de 2.53 MPa, 0.19 MPa y 5525 MPa, respectivamente.

7


Figura 6 Curva esfuerzo – deformación unitaria a compresión axial de la mampostería de 150 mm de espesor

Figura 7 Curva esfuerzo cortante – deformación unitaria angular para muretes de mampostería de 150 mm de espesor

MUROS DE MAMPOSTERÍA CONFINADA

Muros rehabilitados

En las Figuras 8, 9, 10 y 11 se presentan las curvas de histéresis (carga lateral-distorsión) de los muros MR2, MR4, MR6 y MR7, respectivamente. La distorsión se calculó como el desplazamiento promedio medido por los potenciómetros PP1 y PP2 (Figura 4), dividido entre la distancia del potenciómetro a la base del muro. La carga asociada al primer agrietamiento diagonal de los muros MR2, MR4, MR6 y MR7 fue 61.41, 34.88, 68.56 y 55.69 kN, respectivamente. La carga máxima de los muros MR2, MR6 y MR7 fue 81.52, 109.03, y 63.38 kN, respectivamente. La rigidez secante de los muros se calculó como la carga asociada al primer agrietamiento diagonal dividida entre el desplazamiento lateral. La rigidez secante de los muros MR2, MR4, MR6 y MR7 fue 27.79, 7.45, 26.27 y 8.87 kN/mm, respectivamente.

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

0.0000 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

Esf

uerz

o (M

Pa)

Deformación

Pila 1

Pila 2

Pila 3

Pila 4

Pila 5

Pila 6

00.020.040.060.08

0.10.120.140.160.18

0.00000 0.00003 0.00006 0.00009 0.00012

Esf

uerz

o (M

Pa)

Deformación angular

Murete 1

Murete 2

Murete 3


8

Figura 8 Curva de histéresis del muro MR2



-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

-120-100

-80-60-40-20

020406080

100120

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

9



En la Figura 12 se presenta el patrón de agrietamiento final de los muros MR2, MR4, MR6 y MR7. Los muros rehabilitados de mampostería confinada presentaron agrietamiento vertical y diagonal. El agrietamiento vertical ocurrió para ciclos iniciales de carga previos a la carga de agrietamiento diagonal y se dio en las juntas de mortero que unen el panel de mampostería y los castillos. El agrietamiento diagonal fue en forma de “X” en el panel de mampostería y está asociado a una falla de cortante. En general, las grietas diagonales se formaron en las juntas de mortero de las piezas. El agrietamiento diagonal se prolongó hasta las esquinas de los castillos durante el ciclo de carga máxima. Adicionalmente se presentó agrietamiento horizontal a lo largo de los castillos, generalmente en los ciclos posteriores a la carga de agrietamiento diagonal.

Figura 12 Patrón final de agrietamiento de muros rehabilitados

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-2.000 -1.500 -1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000

Car

ga L

ater

al (k

N)

Distorsión (%)


10

Muros reforzados

En las Figuras 13, 14, 15 y 16 se presentan las curvas de histéresis (carga lateral-distorsión) de los muros MR1, MR3, MR5 y MR8, respectivamente. La carga asociada al primer agrietamiento diagonal de los muros MR1, MR3, MR5 y MR8 fue 106.45, 44.94, 116.89 y 36.65 kN, respectivamente. La carga máxima de los muros MR1, MR3, MR5 y MR8 fue 143.63, 75.05, 173.62, y 56.26 kN, respectivamente. La rigidez secante de los muros MR1, MR3, MR5 y MR8 fue 37.09, 13.41, 30.92 y 4.84 kN/mm, respectivamente.



-160

-120

-80

-40

0

40

80

120

160

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

11




En la Figura 17 se presenta el patrón de agrietamiento final de los muros reforzados. Los muros reforzados de mampostería confinada presentaron agrietamiento vertical y diagonal. El agrietamiento diagonal está asociado a una falla de cortante. Las grietas diagonales se formaron a través de las piezas, partiendo las piezas y el mortero de recubrimiento por igual, demostrando una buena adherencia entre el mortero de recubrimiento y el panel de mampostería. El agrietamiento se prolongó hasta los extremos de los castillos durante el ciclo de carga máxima, provocando que el mortero de recubrimiento perdiera adherencia con el castillo de concreto. Por otra parte, se formaron grietas verticales localizadas en las juntas de mortero que unen el panel de mampostería y los castillos. En general, este agrietamiento se formó en los ciclos próximos a la carga máxima, después del agrietamiento diagonal. El agrietamiento de los muros reforzados se dio de una manera súbita comparada con los muros rehabilitados, generando grietas de una apertura considerable y concentrando el daño en las esquinas del muro, hasta llegar eventualmente a la falla. Se presentaron dos tipos de fallas en los muros reforzados. En dos casos (MR1 y MR8) se presentó la falla local por corte de los castillos en las esquinas. En los otros dos casos (MR3 y MR5) se presentó una falla local por aplastamiento de la mampostería localizada en las esquinas del panel. Estas fallas locales indujeron la falla súbita del muro.

-180

-140

-100

-60

-20

20

60

100

140

180

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

-60

-40

-20

0

20

40

60

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)


12

Figura 17 Patrón final de agrietamiento de muros reforzados

ANÁLISIS DE LAS ENVOLVENTES

De los diagramas de histéresis de cada muro se obtuvieron las envolventes de respuesta. Éstas se determinaron graficando los puntos de carga máxima de cada ciclo histerético. En las figuras 18, 19, 20, 21 y 22 se presentan las envolventes de los muros rehabilitados, los muros reforzados y los muros originales (M2, M4, E1, E2, E4).

Figura 18 Análisis comparativo A, envolventes de respuesta de muros MR1-MR2-M2

-150

-100

-50

0

50

100

150

-1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

MR1

MR2

M2

13


Figura 19 Análisis comparativo B, envolventes de respuesta de muros MR3-MR4-M4

Figura 20 Análisis comparativo C, envolventes de respuesta de muros MR5-MR6-E2

Figura 21 Análisis comparativo D, envolventes de respuesta de muros MR7-E1

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

MR3

MR4

M4

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

MR5

MR6

E2

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

MR7

E1


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Figura 22 Análisis comparativo E, envolventes de respuesta de muros MR7-E1

En las tablas 2 y 3 se presenta la resistencia a cortante y la resistencia a cortante máxima, respectivamente, para los muros considerados en este estudio (originales, rehabilitados y reforzados). La resistencia a cortante corresponde a la carga asociada al primer agrietamiento diagonal. La resistencia a cortante máxima a la carga máxima de los muros.

Tabla 2 Resistencia a cortante de muros originales, rehabilitados y reforzados

Muro original Muro rehabilitado Muro reforzado

Muro Resistencia (kN) Muro Resistencia

(kN) Rehabilitado /

Original Muro Resistencia (kN)

Reforzado / original

M2 69.53 MR2 61.41 0.88 MR1 106.45 1.53

M4 40.14 MR4 34.88 0.87 MR3 44.94 1.12

E2 94.3 MR6 68.56 0.73 MR5 116.89 1.24

E1 55.2 MR7 55.69 1.01 - - -

E4 27.1 - - - MR8 36.65 1.35

0.87 1.31

Tabla 3 Resistencia a cortante máxima de muros originales, rehabilitados y reforzados

Muro original Muro rehabilitado Muro reforzado

Muro Resistencia (kN) Muro Resistencia

(kN) Rehabilitado /

Original Muro Resistencia (kN)

Reforzado / original

M2 80.64 MR2 81.52 1.01 MR1 143.63 1.78

M4 43.47 MR4 N.A. N.A. MR3 75.05 1.73

E2 112.15 MR6 109.03 0.97 MR5 173.62 1.55

E1 74.2 MR7 63.38 0.85 - - -

E4 39.48 - - - MR8 56.26 1.43

0.95 1.62

-60

-40

-20

0

20

40

60

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Car

ga la

tera

l (kN

)

Distorsión (%)

MR8

E4

15

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralRESISTENCIA A CORTANTE

Muros rehabilitados

Se utiliza la ecuación 1 para el cálculo de la resistencia a cortante de los muros rehabilitados, propuesta por Fernández Baqueiro et al. (2014): V = F (0.45(v )(α)(A ) + 0.3P) (1) Donde F es un factor de calibración, es la resistencia a compresión diagonal de la mampostería, es el inverso de la relación de aspecto del muro ( = / ), es el área bruta de la sección transversal del muro, es la carga axial del muro . Se realizó un ajuste de F para que el cociente de la resistencia a cortante analítica (V ) y la resistencia a cortante experimental (V ) sea en promedio igual a 1. Se obtuvo que F es 0.92 (ecuación 2). En la tabla 4 se presentan los resultados experimentales y analíticos de la resistencia a cortante de los muros rehabilitados de mampostería confinada. V = 0.92(0.45(v )(α)(A ) + 0.3P) (2)

Tabla 4 Resistencia a cortante experimental y analítica de muros rehabilitados

Muro Relación de aspecto (H/L) (kN) (kN)

MR2 1.17 61.41 65.68 1.07

MR4 1.82 34.88 36.45 1.04

MR6 1.14 68.56 66.35 0.97

MR7 1.75 55.69 51.93 0.93

Media 1.00

Coeficiente de Variación 0.06

Muros reforzados

Se propone la ecuación 3 para determinar la resistencia a cortante de muros reforzados de mampostería confinada. En esta ecuación la resistencia del mortero se añadió a la resistencia del panel de mampostería. V = 0.45(α) v A + ζf A + 0.3P (3) Donde f es la resistencia a tensión del mortero de recubrimiento, A es el área transversal del mortero de recubrimiento (longitud del muro x espesor del mortero x número de caras del muro donde se aplicó el mortero), ζ es un factor que toma en cuenta la eficiencia del mortero de recubrimiento (ecuación 4). ζ = C C0.45 (4)

El factor de eficiencia del mortero de recubrimiento ζ toma en consideración dos aspectos: el esfuerzo en el mortero de recubrimiento al instante de la falla (C ) y el espesor del mortero de recubrimiento (C ). Para determinar el esfuerzo en el mortero de recubrimiento al instante del agrietamiento se asume que debe existir compatibilidad de deformaciones entre la mampostería y el mortero de recubrimiento. Se considera una relación esfuerzo – deformación lineal de ambos materiales. En la figura 23 se presentan los diagramas constitutivos del mortero de recubrimiento y de la mampostería. Puede observarse que la mampostería llegará primero a la falla, por lo tanto el mortero de recubrimiento no desarrollará toda su capacidad a tensión, sino una fracción de ésta C f .


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Figura 23 Curvas idealizadas esfuerzo – deformación del mortero de recubrimiento y de la

mampostería Las ecuaciones 5, 6 y 7 corresponden a la resistencia a tensión , el módulo de elasticidad y la deformación máxima a tensión del mortero de recubrimiento, respectivamente. Los dos primeros valores fueron calculados experimentalmente. = 1.08 (5)

= 16,486 (6) = = 0.00006537

(7)

En el caso de la mampostería se tiene dos diferentes ancho de pieza. En este trabajo se asume que la resistencia a tensión de la mampostería es igual a la resistencia a compresión diagonal ( ). Las ecuaciones 8, 9 y 10 corresponden a la resistencia a tensión ( ), el módulo de elasticidad ( ) y la deformación máxima a tensión ( ) de la mampostería de bloques de 120 mm de espesor. Las ecuaciones 11, 12 y 13 son las correspondientes a los valores asociados a la mampostería de bloques de 150 mm de espesor. Bloques de 120 mm de espesor = 0.25 (8)

= 5,214 (9) = = 0.00004796

(10)

Bloques de 150 mm de espesor = 0.20 (11) = 5,525 (12) = = 0.00003532 (13)

El esfuerzo de tensión al que estará sometido el mortero de recubrimiento al instante de la falla a tensión de la mampostería es . La constante (adimensional) se puede calcular con la ecuación 14 (figura 23). El valor de la constante para la mampostería con bloques de 120 mm y 150 mm es 0.73 (ecuación 15) y 0.54 (ecuación 16), respectivamente. = (14)

MorteroMampostería

εε

σ

17

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural| = = 0.000047960.00006537 = 0.73 (15)

| = = 0.000035320.00006537 = 0.54 (16)

El factor que depende del espesor (adimensional) (ecuación 17) se origina de la hipótesis de que el mortero al tener un espesor muy grande no logra trabajar eficientemente. = 1

(17)

Donde es el espesor del mortero de recubrimiento (por cara, en centímetros) y está acotado por 1 ≤ ≤ 1.5, el factor es adimensional. El valor de la constante para el mortero de recubrimiento de 1 cm y 1.5 cm de espesor es 1 (ecuación 18) y 0.67 (ecuación 19), respectivamente. | = 1 = 11 = 1 (18)

| . = 1 = 11.5 = 0.67 (19)

La constante (ecuación 4) es 1.09 y 1.20 para los muros de 120 mm y 150 mm de espesor, respectivamente. En la tabla 5 se presentan los resultados experimentales y analíticos de la resistencia a cortante de los muros reforzados. El promedio del cociente de la resistencia a cortante analítica ( ) y la resistencia a cortante experimental ( ) es 0.97. Dado que este promedio es cercano a uno, se considera que la ecuación 3 es adecuada.

Tabla 7 Resistencia a cortante experimental y propuesta, muros reforzados

Muro Relación de aspecto (H/L) (KN) (KN)

MR1 1.17 106.45 102.30 0.96

MR3 1.82 44.94 52.29 1.16

MR5 1.14 116.89 96.09 0.82

MR8 2.40 36.65 34.00 0.93

Media 0.97

Coeficiente de Variación 0.15

CONCLUSIONES

En este trabajo de investigación se evalúa el comportamiento de muros rehabilitados y reforzados de mampostería confinada de bloques huecos de concreto, sujetos a cargas laterales en el plano. Se ensayaron siete muros a escala natural, cuatro rehabilitados y cuatro reforzados. Las variables de estudio fueron la relación de aspecto y el espesor de mortero de recubrimiento. Se consideraron muros con relación de aspecto entre 1.17 y 2.40. Se consideraron dos espesores de mortero de recubrimiento: 1 y 1.5 cm. A partir de los resultados de la presente investigación se formulan las siguientes conclusiones:

Los muros rehabilitados de mampostería confinada presentaron agrietamiento diagonal y vertical en la mampostería. El agrietamiento diagonal fue en forma de “X” en el panel de mampostería y está asociado a una falla de cortante. En general, estas grietas se formaron en las juntas de mortero. Este agrietamiento se prolongó hasta las esquinas de los castillos durante el ciclo de carga máxima. Por otra parte, se formaron unas grietas verticales localizadas en las juntas de mortero que unen el panel de


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mampostería y los castillos. Este agrietamiento se formó durante los primeros ciclos de carga, previo al agrietamiento diagonal.

Los muros reforzados de mampostería confinada presentaron agrietamiento diagonal y vertical en la mampostería. El agrietamiento diagonal está asociado a una falla de cortante. Estas grietas se formaron a través de las piezas, demostrando una buena adherencia entre el mortero de recubrimiento y el panel de mampostería. El agrietamiento se prolongó hasta los extremos de los castillos durante el ciclo de carga máxima. Por otra parte, se formaron unas grietas verticales localizadas en las juntas de mortero que unen el panel de mampostería y los castillos. En general, este agrietamiento se formó en los ciclos próximos a la carga máxima, después del agrietamiento diagonal. En dos casos (MR1 y MR8) se presentó la falla local por corte de los castillos en las esquinas. En los otros dos casos (MR3 Y MR5) se presentó una falla local por aplastamiento de la mampostería localizada en las esquinas del panel. Estas fallas locales indujeron la falla súbita del muro.

La resistencia a cortante de los muros rehabilitados de mampostería confinada fue menor que la de los muros originales. La ecuación de la resistencia a cortante propuesta por Fernández Baqueiro et al., (2014) multiplicada por un factor de reducción de 0.92, presenta un buen ajuste con respecto a los resultados experimentales.

La resistencia a cortante de los muros reforzados de mampostería confinada es mayor que la de los muros originales. Se propuso una ecuación para determinar la resistencia a cortante de los muros reforzados de mampostería confinada basada en la ecuación de Fernández Baqueiro et al. (2014). La ecuación propuesta añade un término que toma en cuenta la contribución del mortero de recubrimiento con base en su resistencia a tensión, módulo de elasticidad, espesor y longitud.

La resistencia a cortante máxima de muros rehabilitados de mampostería confinada fue ligeramente menor (4%) a la de los muros originales. Se propone utilizar la ecuación de Sosa (2013) para el cálculo de la resistencia a cortante máxima de muros rehabilitados.

La resistencia a cortante máxima de muros reforzados de mampostería confinada fue mayor a la de los muros originales. Se propuso una ecuación para determinar la resistencia a cortante máxima de los muros reforzados en función de la resistencia a cortante de la mampostería, la resistencia a tensión del mortero, la carga axial del muro y la resistencia a cortante del concreto de los castillos.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el apoyo brindado por el Programa para el Desarrollo Profesional Docente (PRODEP) de la Secretaría de Educación Pública (SEP) a través del proyecto para la formación de Redes Temáticas de Colaboración: “Reducción de la vulnerabilidad de estructuras de mampostería y puentes ante riesgos naturales”. El segundo autor agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada para la realización de sus estudios de maestría.

REFERENCIAS

Fernández Baqueiro L. E., González Herrera M. A., Varela Rivera J. L., Moreno E. I., Orduña Bustamante A. y Licea Panduro R. (2012), “Resistencia a compresión axial de pilas de mampostería de bloques huecos de concreto de distintos espesores”, en Memorias del XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, Acapulco, Guerrero. México. Fernández Baqueiro, L. E., Sosa Moreno, M. I. y Varela Rivera, J. L. (2014) “Resistencia en el plano de muros de mampostería confinada: efecto de la relación de aspecto”, en Memorias del XIX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, Puerto Vallarta, Jalisco, México Flores, L. E., Alcocer, S. M. (1998). “Evaluación experimental del desempeño de muros de bloque hueco de concreto reforzado con malla electrosoldada y recubrimiento de concreto”, XI Congreso de Nacional de Ingeniería Estructural, Monterrey, Nuevo León, México. Flores, L. E., Ríos M., Reyes C. (2004). “Rehabilitación con malla y mortero de muros de mampostería con aberturas”, XIV Congreso de Nacional de Ingeniería Estructural, Acapulco, Guerrero. México.

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Flores, L. E., Pacheco M. A., Carrillo J. (2012). “Rehabilitación de muros de mampostería de piezas multiperforadas reforzados con mortero con fibras o con mortero y malla de alambre”, XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, 1-3 de noviembre, Acapulco, Guerrero, México. Moreno-Herrera, J., Varela-Rivera, J., y Fernandez-Baqueiro, L. (2016) “Out-of-plane design procedure for confined masonry walls”. Journal of Structural Engineering, ASCE, vol. 142, num. 2, pp. 1-12. ONNCCE – Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S. C. (1997), “Industria de la Construcción – Agregados para Concreto – Análisis Granulométrico – Método de Prueba”, NMX-C-077-ONNCCE-1997, Diario Oficial de la Federación. Distrito Federal, México ONNCCE – Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S. C. (1998), “Industria de la Construcción – Concreto – Determinación de la resistencia a la tensión por compresión diametral de cilindros de concreto”, NMX-C-163-1997-ONNCCE, Diario Oficial de la Federación. Distrito Federal, México ONNCCE – Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S. C. (1998), “Industria de la Construcción – Concreto sometido a compresión - Determinación del módulo de elasticidad estático y relación de Poisson”, NMX-C-128-1997-ONNCCE, Diario Oficial de la Federación. Distrito Federal, México. ONNCCE – Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S. C. (2004), “Industria de la Construcción – Bloques, Tabiques o Ladrillos, Tabicones y Adoquines – Resistencia a la compresión – Método de Prueba”, NMX-C-036-ONNCCE-2004, Diario Oficial de la Federación. Distrito Federal, México ONNCCE – Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S. C. (2010a), “Industria de la Construcción – Cementos Hidráulicos – Determinación de la Resistencia a la Compresión de Cementantes Hidráulicos”, NMX-C-061-ONNCCE-2010, Diario Oficial de la Federación. Distrito Federal, México ONNCCE – Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación, S. C. (2010b), “Industria de la Construcción – Mampostería – Determinación de la resistencia a compresión diagonal y módulo de cortante de muretes, así como determinación de la resistencia a compresión y módulo de elasticidad de pilas de mampostería de arcilla o de concreto – métodos de ensayo”, NMX-C-464-ONNCCE-2010, Diario Oficial de la Federación. Distrito Federal, México Raygoza E. E. (2012) “Muros de mampostería confinada de bloques huecos de concreto de 15 cm, con relación de aspecto mayor a uno, sujetos a cargas laterales”. Tesis de Maestría, Mérida, Yucatán, México Solís, E. (2014) “Rehabilitación y reforzamiento de muros de mampostería confinada con relación de aspecto mayor a uno, sujetos a cargas en el plano”. Tesis de Maestría, Mérida, Yucatán, México Sosa, M. (2013). “Muros de mampostería confinada de bloques huecos de concreto, sujetos a cargas laterales en su plano”. Tesis de Maestría, Mérida, Yucatán, México Varela Rivera J. L., González Torres V., Fernández Baqueiro L. E. y Vargas Marín G. (2008), “Determinación de la resistencia a compresión axial y el módulo de elasticidad de la mampostería de bloques huecos de concreto”, en Memorias del XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, Veracruz, Veracruz. México. Varela-Rivera, J., Polanco-May, M., Fernandez-Baqueiro, L. y Moreno, E.I. (2012) “Confined masonry walls subjected to combined axial loads and out-of-plane uniform pressures”. Canadian Journal of Civil Engineering, vol. 39, pp. 439-447.


20

Zepeda Ramos J. A., Pineda Cruz J. A., Alcocer S. M. (1996). “Comportamiento ante cargas laterales de muros de mampostería confinada reforzados con malla electrosoldada”. En Memorias del X Concreso Nacional de Ingeniería Estructural. Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural. Mérida, Yucatán.

21


sociedad mexicana de ingeniería estructuralgranulometría de arena, nmx-c-077-onncce-1997 (onncce,...

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