SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERIA ESTRUCTURAL

SIMPOSIO DE MAMPOSTERÍA VERACRUZ MÉXICO 2 Y 3 DICIEMBRE DE 2005

TEMA:

SOLUCIONES Y AVANCES DE LAS EDIFICACIONES DE MAMPOSTERÍA EN COLOMBIA

POR:

JESÚS HUMBERTO ARANGO TOBÓN

COLOMBIA

SOLUCIONES Y AVANCES DE LAS EDIFICACIONES DE MAMPOSTERÍA EN COLOMBIA

INTRODUCCION A raíz de la promulgación de la ley colombiana 1400 de las Normas Sismo-Resistencia, NSR –98, se han venido construyendo en país edificios altos con sistemas estructurales más rígidos, de tal manera que su desplazamiento lateral durante un evento sísmico sea muy bajo y no presente daños en los acabados. La Mampostería estructural es un sistema constructivo que hace parte del sistema denominado “Muros de carga”, y como tal puede cumplir de manera apropiada la función de ridigizar los edificios altos para que se mantengan en los límites de desplazamiento lateral durante los movimientos sísmicos. Dentro de los edificios de mampostería estructural se destacan los hechos con unidades de arcilla cocida por cuento tienen una gran aceptación por su estética. En este artículo se muestran las ventajas de la mampostería estructural y especialmente la hecha con unidades en arcilla cocida y se dan las pautas para poderla aplicar con éxito en edificios altos tanto en sus aspectos de diseño como en los aspectos constructivos. Se muestran, también, las investigaciones que se han venido realizando con el objetivo de lograr su aplicabilidad en los edificios altos en Colombia. DEFINICIÓN, TIPOS Y USOS DE LA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL EN COLOMBIA La mampostería estructural es un sistema clasificado por las normas sismo-resistentes colombianas dentro del sistema de muros de carga. Este sistema se diferencia del sistema de pórticos por el tipo de elementos verticales utilizado, los cuales son elementos muro y tiene una dimensión muy delgada o espesor y las otras dos dimensiones geométricas mucho más grandes. La mampostería está compuesta de unidades (ladrillos y/o bloques), las cuales son colocadas y pegadas con mortero de pega para conformar el muro. Las unidades pueden ser macizas, de perforación vertical y de perforación horizontal. Las unidades de perforación vertical son más utilizadas, ya que permiten la colocación de barras de refuerzo a través de ellas las cuales son fijadas al muro mediante mortero de relleno (grout). Las unidades pueden ser de arcilla cocida, de concreto y de sílice-cal; siendo las de arcilla cocida las más comúnmente utilizadas. La figura 1, muestra las comúnmente empleadas.

Unidades de perforación vertical en arcilla

Unidades de perforación vertical en bloque de

concreto

Unidades de perforación vertical en bloque de

sílice - cal

Unidades macizas en arcilla

Unidades de perforación horizontal en arcilla

Unidades de perforación horizontal en arcilla

Unidades multiperforadas en arcilla

Figura 1. Unidades más comunes de mampostería comunes

Tipos de mampostería La mampostería se clasifica según sea la forma de reforzarla, así: Mampostería reforzada totalmente inyectada Es aquélla que tiene todas las celdas inyectadas de mortero de relleno o grout y el refuerzo vertical es colocado en dichas celdas con espaciamientos menores a 1.20m. Mampostería reforzada parcialmente inyectada Es similar a la anterior con la diferencia de que no todas las celdas de las unidades van inyectadas. Todas las celdas donde se coloca refuerzo van inyectadas. Mampostería parcialmente reforzada Se diferencia de la anterior en la cantidad de refuerzo colocado, el cual es aproximadamente la mitad y es espaciado hasta un máximo de 2.40m. En la figura 2 se pueden apreciar estos tres tipo de mampostería.

Totalmente inyectada

Parcialmente inyectada

Parcialmente reforzada

Figura 2. Mampostería Estructural reforzada interiormente

Mampostería de muros confinados Los muros confinados es un tipo de mampostería donde el refuerzo no es colocado interiormente, es decir dentro de las unidades, sino que se refuerza el muro perimetralmente mediante vigas y columnas de concreto reforzado, las cuales son fundidas (vaciadas) posteriormente de la construcción del muro para que éste quede confinado adecuadamente. En la figura 3 se muestra este tipo de mampostería.

Viga de confinamiento

Columna de confinamiento

Figura 3. Mampostería de muros confinados

Mampostería de cavidad reforzada Este tipo de mampostería consiste en 2 o más muros de mampostería que se colocan de forma paralela dejando una cavidad entre ellos la cual es inyectada con mortero o concreto líquido. El refuerzo es colocado dentro de la cavidad inyectada. Los muros de mampostería van anclados al concreto inyectado mediante conectores especiales. Un detalle de este tipo de mampostería se muestra en la figura 4.

Pared de mampostería

Cavidad inyectada

Refuerzo

Conector en Z Ventana de limpieza

Concreto

Figura 4. Mampostería de cavidad reforzada

Mampostería no reforzada Es aquélla mampostería que no se refuerza y la cual se permite utilizar estructuralmente en viviendas de uno y dos pisos en zonas de amenaza sísmica baja o como elementos no estructurales (muros divisorios) en cualquier tipo de zona sísmica. Usos de la mampostería estructural En la tabla No.1 se resumen los usos permitidos para los diferentes tipos de mampostería estructural descritos por las normas sismo-resistentes colombianas NSR-98.

Tabla No.1 Usos de la mampostería estructural ZONAS DE AMENAZA SISIMICA TIPO

Ro Alta Media Baja MRTI 4.5 45 m 60 m No límite MRPI 3.5 30 m 40 m No límite MPR 2.5 2 pisos 12 m No límite MNR 1.0 No No 2 pisos MMC 1.5 15 m 18 m 21 m MCR 4.0 45 m 60 m No límite

MRTI: Mampostería reforzada totalmente inyectada MRPI: Mampostería reforzada parcialmente inyectada MPR: Mampostería parcialmente reforzada MNR: Mampostería no reforzada MMC: Mampostería de muros confinados MCR: Mampostería de cavidad reforzada Ro: Factor de reducción de fuerzas por ductilidad VENTAJAS DE LOS EDIFICIOS DE MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL Se describen a continuación las ventajas de los edificios de mampostería estructural. Algunas de estas ventajas corresponden a todos los edificios de muros, otras a los edificios en mampostería y otras a los de mampostería en arcilla: Mayor rigidez Los edificios con sistema estructural de muros de carga, como la mampostería estructural , poseen una alta rigidez al desplazamiento lateral ocasionado por las fuerzas sísmicas, y como consecuencia de ello se genera un menor movimiento y un menor daño en los acabados durante los movimientos telúricos. Resuelve adecuadamente el problema de los elementos no estructurales Las normas sismo-resistentes colombianas NSR-98 exigen diseñar los elementos no estructurales, entre los cuales se encuentran los muros divisorios, de tal manera que éstos no se dañen en los sismos ni afecten el comportamiento estructural del edificio.

Esto significa desarrollar e implementar una serie de elementos de conexión y otra serie de elementos de aislamiento que permitan que dichos muros divisorios funcionen adecuadamente durante los movimientos sísmicos , lo cual resulta tedioso y costoso en la mayoría de los casos. Una forma práctica y económica de resolver este problema es convertir en muros estructurales, los muros divisorios, es decir, reforzarlos y diseñarlos para que hagan parte del sistema básico de muros sismo-resistentes. Poca o ninguna tendencia a la fisuración de la mampostería en arcilla La tendencia a la fisuración es una limitación inherente a los edificios de muros de concreto y a los de muros de mampostería en concreto debido a su retracción por secado que no deja de ser molesta para la funcionalidad cuando no afecta la resistencia y la durabilidad que también pueda volverse preocupantes cuando no son adecuadamente resueltas. Estos problemas no se presentan en los edificios de mampostería estructural hechos con unidades de arcilla cocida. Construcción más económica en baja altura Es un hecho incontrovertible que las construcciones de uno y dos pisos en mampostería estructural resultan más económicas que cualquier otro sistema estructural y por ello es el sistema más utilizado por la gente de los estratos socioeconómicos bajos en Colombia. Sólo en zonas alejadas de los centros de producción pudieran resultar más económicos otros sistemas. En edificios hasta de cinco pisos también resulta muy competitiva la mampostería estructural. Uso intensivo de la mano de obra Mampostería viene del término “mampuesto”, que significa puesto con la mano. Esto implica que la mampostería necesita ser construida utilizando mucha “mano de obra” y por lo tanto permite dar empleo a muchas personas necesitadas en estos tiempos modernos donde el desempleo se ha vuelto un problema muy serio. La utilización de sistemas constructivos industrializados importados reducen el uso de la mano de obra y contribuyen en alguna medida al desempleo. Mayor aceptación popular Hoy se dice, en Colombia, que existe una “cultura del ladrillo”, por cuanto las construcciones populares se hacen en mampostería de arcilla y por cuanto la gente de bajos recursos sabe construir con mampostería y este conocimiento se ha venido transmitiendo de generación en generación.

Si observamos nuestras ciudades, en la mayoría de ellas vemos muchos edificios cuyas fachadas son en “ladrillo a la vista” las cuales son de excelente apariencia. Nuestros arquitectos manejan maravillosamente la mampostería a la vista obteniendo edificios de excepcional belleza que adornan hoy nuestras principales ciudades. RAZONES BÁSICAS PARA LA FACTIBILIDAD DE CONSTRUIR EDIFICIOS ALTOS EN MAMPOSTERÍA Por edificios altos se entiende aquellos de 10 o más pisos, los cuales han sido tradicionalmente construidos en Colombia con sistema estructural de pórticos. Recientemente y debido a la exigencia de las normas NSR-98 de limitar la deriva de piso al 1% de su altura, se han venido construyendo edificios altos con sistema estructural mixto o dual, o sea pórticos combinados con muros de concreto, y con sistema estructural de muros de concreto sólamente. A continuación se describen algunas razones por las cuales es factible el diseño y la construcción de edificios altos de mampostería en arcilla en Colombia: La arcilla cocida tiene una resistencia igual o mayor que la del concreto Es conocido que la resistencia a la compresión de la arcilla ha alcanzado valores por encima de los 1000 Kg/cm2 . En Colombia se han hecho mediciones en unidades de mampostería de hasta 800 Kg/cm2 . La resistencia de material, no es, entonces, un limitante para el desarrollo de edificios altos de mampostería en arcilla. Existen empresas industriales con un buen nivel tecnológico La industria de producción de unidades de mampostería en arcilla se ha desarrollado ampliamente en Colombia, y posee actualmente una capacidad instalada suficiente para atender la demanda de construcciones de planes masivos de construcción de viviendas; adicionalmente, ha venido tecnificando y mejorando la calidad de sus productos. Igualmente existen industrias importantes de prefabricados que producen unidades de mampostería en concreto de excelente calidad con diferentes texturas y colores En la actualidad se producen unidades de mampostería de arcilla cocida con niveles de resistencia aceptables y susceptibles de ser mejorados Con las exigencias de las normas sismo-resistentes, y el apoyo de las normas de materiales NTC del Icontec, se vienen produciendo, cada vez más, diversas unidades de perforación vertical en arcilla cocida con resistencias aceptables del orden de los 300 Kg/cm2 en promedio. Es factible, con las tecnologías de producción actuales, con el mejoramiento de las materias primas, con el incremento en los niveles de cocción y con el diseño de formas apropiadas de unidades, doblar estos niveles de

resistencia de tal manera que permitan diseñar muros más resistentes que puedan soportar alturas de edificaciones de hasta 20 pisos. Existen empresas constructoras con la experiencia y el conocimiento requerido La mampostería estructural es un sistema constructivo que requiere de un mejor control de calidad de los procesos de construcción y de la mano de obra que los sistemas de pórticos tradicionales. Por lo anterior, es sumamente importante que las empresas constructoras tengan la experiencia suficiente cuando construyan con este sistema. La mampostería estructural, en Colombia, se ha venido utilizando, tal como se conoce hoy, desde hace más de 30 años; por lo tanto, ha permitido que muchas empresas constructoras adquieran la experiencia y conocimientos requeridos para trabajar adecuadamente con este sistema. También es importante destacar que en los últimos años se han venido implementando los sistemas de aseguramiento de calidad ISO-9000 en muchas compañías constructoras, lo cual contribuye aún más a que el sistema de mampostería estructural en arcilla se puede construir con las exigencias de calidad requeridas. Existen laboratorios de ensayos con equipos y medios para investigar este sistema en varias universidades y centros de investigación Ya se tienen en Colombia, laboratorios de ensayo con muros y/o pórticos de reacción o con mesas vibratorias que permiten hacer ensayos a escala natural de muros de mampostería, los cuales, inclusive ya se vienen realizando, a través de tesis de pre y postgrado en Ingeniería Civil en varias universidades (Universidad Nacional en Bogotá y Medellín, Universidad de los Andes(Bogotá) , Escuela Colombiana de Ingeniería(Bogotá) y la Universidad EAFIT(Medellín). Esto permite verificar el comportamiento estructural de muros diseñados para tener resistencias más altas sin que se corra ningún tipo de riesgo al utilizarlos en edificios altos.

ESTRATEGIAS PARA IMPLEMENTAR SU DESARROLLO A continuación se describen varias estrategias que deben implementarse a fin de lograr el diseño y la construcción más apropiados del sistema de muros de mampostería estructural para edificios altos: Mampostería de alta resistencia Al tener edificios de mayor altura se hace necesario incrementar la resistencia de éstos tanto a cargas verticales como a cargas laterales. A continuación se dan algunas pautas para ello: Unidades de alta resistencia La resistencia a la compresión de la mampostería (f´m) se determina mediante el ensayo de muestras de “muretes” o “prismas” que son pequeños muros preparados en las mismas condiciones de obra; dichos muretes deben ser hechos con 2 ó más unidades pegadas con mortero, una sobre otra, de tal manera que su altura sea mayor de 30cm. Y que su relación esbeltez (alto/menor dimensión) esté comprendida entre 1.5 y 5.0 . En la figura 5 se muestran diferentes arreglos de muretes, correspondientes a varios tipos de unidades, que cumplen con los límites dimensionales anteriores.

1.5 2.52.0

3.33 4.02.67 5.0

h/b

h/b

b

h

Altura mínima 300 mm Espesor de junta 10 mm

h j

Figura 5. Configuración de prismas de mampostería

b

La expresión más utilizada para determinar la resistencia a la compresión de la mampostería, desarrollada por Hilsdorf, simplificada por Priestley (ref 1) y reorganizada y graficada por nosotros (ref 2), se muestra en la figura 6. U = Factor de uniformidad = 1.50

Figura 6. Resistencia de la mampostería sin inyectar en función de las propiedades de los componentes

0.4

0.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

f'cp/f'cu

f'm/f'

cu

0.61

0.59

0.53

0.47

0.67

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

=141.0

''41.0

''

jh

cufcpf

jh

Ucufmf

6

10

20 h/j

6 102025

25

Es evidente que un incremento en la resistencia a la compresión de las unidades se traducirá en un incremento en la resistencia a la compresión de la mampostería. Para mejorar la resistencia de las unidades de mampostería de arcilla es necesario diseñarlas adecuadamente balanceando los espesores y formas geométricas de paredes con los vacíos adecuados que permitan una óptima cocción de las unidades de arcilla y una óptima compactación en el caso de las unidades de concreto.

En la figura 7 se muestran varias unidades desarrolladas recientemente en Colombia, las cuales poseen además de su alta resistencia a la compresión, mecanismos adecuados de adherencia del mortero de pega con las paredes de la unidad .

Figura 7. Unidades desarrolladas recientemente en Colombia

Morteros de alta resistencia La resistencia a la compresión de la mampostería (f´m) depende en menor proporción de la resistencia a la compresión del mortero de pega (f´p) y es menos sensible en unidades con alturas de 20cm.y mayores. En la figura 6 se muestra de manera gráfica la influencia de la resistencia a la compresión del mortero de pega en la resistencia a la compresión de la mampostería. Nótese que en unidades de alturas pequeñas (10cm. ó menos) la influencia de la resistencia del mortero de pega en la resistencia de la mampostería se vuelve apreciable; y siendo este tipo de unidades las más utilizadas en la mampostería en arcilla, se hace importante el hecho de utilizar morteros de más resistencia para incrementar la resistencia a compresión de la mampostería. Es posible obtener morteros de mayor resistencia incrementando el contenido de cemento en la mezcla; sin embargo, estos morteros se vuelven muy rígidos y difíciles de utilizar en la práctica. Una forma más adecuada consiste en reducir la cantidad de agua o sea disminuir la relación A/C, ya que ésta es demasiado alta en los morteros convencionales. En la figura 8 (ref 3) se pueden observar gráficas de la Resistencia a la compresión del mortero de pega en función de la relación A/C; nótese que se han logrado producir morteros de resistencias mayores de 300Kg/cm2, utilizando proporciones normales entre el cemento y la arena de pega mediante la utilización de aditivos químicos que mejoran la platicidad de la mezcla de mortero, su retención de agua y una menor relación A/C. Cambiar el mecanismo de falla de la mampostería para incrementar su resistencia a la compresión Cuando la mampostería es sometida a un ensayo de resistencia a la compresión mediante muretes, se genera un mecanismo de falla en el que las unidades fallan por esfuerzos de tracción generados por el mayor desplazamiento lateral (incremento en la relación de Poisson) que sufre el mortero de pega comprimido por las unidades; este mecanismo es válido siempre y cuando la resistencia a la compresión del mortero sea inferior a la resistencia a la compresión de las unidades, (figura 9a), de tal manera que el mortero alcance su resistencia máxima antes de que las unidades alcancen

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2. 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

20

40

50

60

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

420

440

460

480

500

520

540

560

A/C

f'cp

(kg/

cm2)

A. Sandino

D. Sánchez

A. Salazar (U del Valle)

Código EspañolIngeniería del Concreto

Escudero y Marín Tesis Facultad de Minas

Figura 8. Resistencias altas de morteros la suya, generando como consecuencia un incremento en su desplazamiento lateral, produciendo esfuerzos de tracción en las unidades hasta llevarlas a la falla. Cuando se utilizan morteros de mayor resistencia que las unidades (f´p > 1.4f´cu), las unidades llegan primero a la falla por compresión antes de que el mortero de pega se empiece a deformar lateralmente (figura 9b). De esta manera se logra una mayor resistencia de la mampostería llegando a valores similares a los de la resistencia de las unidades. En las figuras 10a y 10b (refs 2 y 4) se pueden apreciar resultados de investigaciones realizadas en las que se comprueban los mecanismos de comportamiento descritos.

2

1

3

0 0.50 f’cp f’c

Relación de Poisson

Esfuerzo de Compresión

f’m

0

-f’m

Esfuerzo Vertical

2 f’m

1.0f’m

Mortero

Bloque

0.5f’m

Tracción

Tracción

Variación del módulo de Poisson con el esfuerzo de compresión

Esfuerzo Lateral Vs Esfuerzo Vertical

Fisuración de tracción en la unidad de

Comp. Comp.

Esfuerzo Lateral

Figura 9a. Mecanismo de falla para f’cp ≤ f’cu

Figura 9b. Mecanismo de falla para f’cp > f’cu

2

1

3

0 0.50 f’cp f’c

Relación de Poisson

Esfuerzo de Compresión

f’m

0

-f’m

Esfuerzo Vertical

2 f’m

1.0f’m

Mortero

Bloque

0.5f’m

Compresión

Compresión

Variación del módulo de Poisson con el esfuerzo de compresión

Esfuerzo Lateral Vs Esfuerzo Vertical

Falla por compresión en la unidad de mampostería

Esfuerzo Lateral

(f’m / f’cu) = 1/ (0.50 + (f’cu / f’cp))

Resultados Experimentales Vs

Resultados Teóricos para f'm (sin inyección)

40

80

120

160

200

240

280

320

360

400

440

40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440

f'm te órico (kgf/cm²)

f'm E

xper

imen

tal (

kgf/c

m²)

Figura 10a. Resultados experimentales

Re sultados Te oricos Vs R. Expe rime ntale s para mure te s inye ctados (f'mg)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

f'mgTeorico (kgf/cm²)

f'mg

Expe

rim

enta

les

(kgf

/cm

²)

Figura 10b. Resultados experimentales

0.67

0.47

0.540.590.61

0.25

0.5

0.75

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

f'cp / f'cu

f'm / f'cu

h/j2520106

20

6

25

10

fcpfcufcu

mf

+=

50.0

1'

Figura 10c. Resultados experimentales de muretes con morteros de f’cp > f’cu Mejoramiento de otras propiedades de la mampostería por el incremento de su resistencia a la compresión *Resistencia a Cortante También es importante incrementar la resistencia al corte de la mampostería, la cual depende principalmente de la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión de la mampostería; por lo tanto, al incrementar la resistencia a la compresión se incrementa también la resistencia al cortante aunque en menor proporción. Es conveniente realizar ensayos de resistencia al corte utilizando muretes especiales que son fallados diagonalmente según se indica en la figura 11.

Figura 11. Ensayo de resistencia al corte *Ductilidad La ductilidad de desplazamiento disponible de un muro en voladizo de mampostería, se puede determinar aproximadamente si se supone un comportamiento elasto-plástico como respuesta a cargas sísmicas y una distribución rectangular de esfuerzos de compresión en la mampostería. En el gráfico de la figura 12. (ref. 1), se puede determinar la ductilidad de desplazamiento disponible de muros de mampostería con una relación de aspecto (H/L) de 3. Se aprecia claramente que un incremento en la resistencia a la compresión de la mampostería (f’m) se traduce en aumento de la ductilidad de desplazamiento disponible, mejorando por tanto su comportamiento en el rango inelástico.

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010

2

0

4

6

8

10

12

3μ

mf '8* ρρ =

MPafy 275=0.06

0.12

0.180.24

0.30

0 =Pi

f’m Ag

Figura #. Ductilidad de muros de mampostería no confinada para una relación de aspecto de Ar = 3 Figura 12. Ductilidad de muros de mampostería no confinada para una relación de aspecto de Ar = 3.0

Utilizar el método de diseño por Resistencia En la norma colombiana NSR-98 se establece como método de diseño, el método de diseño por Resistencia y de manera alterna se permite utilizar el método de los Esfuerzos permisibles, que es el que tradicionalmente se ha venido utilizando en el diseño de la mampostería estructural. El diseño por Resistencia es mucho más racional y permite mantener un factor de seguridad adecuado para todo tipo de combinación de esfuerzos actuantes. Sin embargo, requiere del control de los esfuerzos máximos de compresión en los extremos de los muros, los cuales la Norma los limita a un valor de fa+fb=0.20f´m. En caso de que este valor sea mayor, es necesario colocar elementos de borde en los extremos de los muros que implican unidades especiales de mayor espesor que el

resto del muro y un confinamiento del mortero de inyección con estribos cerrados dentro de dichas unidades; esto es posible pero representa un mayor costo y un inconveniente arquitectónico difícil de resolver en la práctica. Una manera práctica de resolver el problema y que es muy utilizada en los edificios de muros de concreto, consiste en incrementar la resistencia de la mampostería y así mantener los esfuerzos máximos dentro de los límites establecidos; de ahí la importancia de incrementar la resistencia de la mampostería explicada en el numeral anterior. Análisis y diseño que incluya el aporte de las aletas y/o retornos en la rigidez y resistencia del muro El diseño de edificaciones de mampostería se hace para cada una de las direcciones ortogonales, es decir, se toman los muros en su sentido longitudinal paralelo al plano del muro y no se tiene en cuenta su aporte en la dirección perpendicular al plano del muro; los muros se consideran de sección rectangular, independientes de los muros perpendiculares; ésto es así por cuanto no existe una vinculación efectiva entre ellos, sólo se utilizan conectores metálicos como se indica en la figura 13, los cuales cumplen la función de evitar una separación excesiva que permita el paso del agua o que de una sensación de agrietamiento antiestética.

L

LaL

Conector metálico

Figura 13. Conectores entre muros

Cuando haya una verdadera conexión entre un muro longitudinal y un muro transversal en la dirección perpendicular se puede contar con el aporte en rigidez y resistencia de una parte del muro transversal, conformando secciones en L, I o T que tienen un mejor comportamiento estructural en el sentido de que estas secciones poseen mayor área y mayor inercia resultando por tanto en menores esfuerzos sobre el muro y/o en una mayor resistencia a flexo-compresión. En las figuras 14 y 15 se puede apreciar más fácilmente dicho concepto.

I

McAPf ±= 122121 ; ffIIAA <<⇒<<<

Sección rectangular

Sección en I

A1 I1

A2

I2

f1 f2

Figura 14. Distribución de esfuerzos

DIAGRAMAS DE INTERACCIÓN

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 100 200 300 400 500 600 700

Mu (Tf-m)

Pu (T

f)

RectangularAletas

Rectangular

Con aletas 3.00m

3.00m

1.82m

0.14m

f’m = 200 kgf/cm²

As = 3 #4 = 3.87 cm²

Figura 15. Diagramas de interacción para secciones rectangulares y en I con propiedades similares

Una forma adecuada de conectar los muros perpendiculares es trabando las esquinas dándole continuidad al muro con su forma normal de traba; ésto es posible en las uniones en L donde los muros estén hechos de unidades cuyo ancho sea la mitad del largo según se muestra en la figura 16a. Cuando las unidades tienen anchos que sean la tercera o cuarta parte de su longitud es posible hacer el ajuste de la traba con una unidad especial de longitud diferente a las usuales; es necesario utilizar unidades medias, dos tercios y tres cuartos. Esto puede apreciarse en la figura 16b.

L

L

aL

Le

L

L

Le = 3L - a 2

Si

L a = 2L Le =

a = 3L Le =

67L

32L

21L

+

a = 4L Le =

45L

43L 1L

2+

a

Figura 16a. Conexión trabada en L

L

LL

LL

a

Le = L - a

Si

a = 3L Le =

a = 4L Le =

3

2L

43L

Figura 16b. Conexión trabada en L

Para las uniones en T es necesario realizar la conexión según se indica en la figura 17; siendo necesario utilizar también unidades especiales de longitud diferente a las usuales como las ya mencionadas unidades medias, dos tercios y tres cuartos. En algunos casos habrá que diseñar la unidad especial de ajuste; en la figura 17 se puede observar la forma de lograr lo anterior.

Le = L + a 2

Si a = 2L Le =

43L

a = 3L Le =

32L

a = 4L Le =

85L

L

L

a

LL

Figura 17. Conexión trabada en T

Combinación de muros de mampostería con muros de concreto Cuando se tenga un edificio alto cuyo sistema estructural sea el de muros de carga, es posible combinar muros de mampostería con muros de concreto. Los muros de concreto, en general, poseen mayor rigidez debido a un mayor módulo de elasticidad que los muros de mampostería, y por tanto, al combinarlos con muros de mampostería, aquéllos tomarán mayor fuerza sísmica y éstos se verán menos exigidos; de esta forma se pueden lograr edificios de mayor altura sin tener que sobreexigirla mampostería más allá del rango usual, pues se les deja a los muros de concreto una mayor responsabilidad en la resistencia sísmica aprovechando su facilidad de confinamiento y reforzamiento a cortante. En las figuras 18a y 18b se complementa el concepto expresado.

∑K = 398,03 ton/cm L = 1.5 m

L = 1.8 m

L = 1.0 m

L = 3.0 m

h = 2.5 m

t = 0.12 m

K= 51,02 K= 80,62 K= 17,14 K= 249,23

F=12.81%V F=20.26%V F=4.31%V F = 62.62 % V

V

Κ = 4 h³ 3 h

E t

L3 L+

Figura 18a. Distribución de fuerzas en muros de mampostería

∑K = 670.08 ton/cm

L = 1.5 m

L = 1.8 m L = 1.0 m

L = 3.0 m

h = 2.5 m

t = 0.12 m

F = 2.6 % V F = 7.6 % V F = 12.03 % V F = 77.8 % V

Vf’c = 280 kg/cm²

K= 51,02 K= 80,62 K= 17,114 K= 521.30

Figura 18b. Distribución de fuerzas en muros de mampostería y de concreto

CONCLUSIONES * La mampostería estructural es un sistema constructivo que ofrece una serie de ventajas técnicas y económicas, descritas en el presente artículo, que la han convertido en el sistema estructural de mayor utilización en Colombia. * Es posible construir edificios altos con más de 10 pisos con este sistema estructural cumpliendo con las exigencias de las normas sismo-resistentes Colombianas NSR-98. * Dado el grado de desarrollo tecnológico de la industria ladrillera, de los prefebricadores de concreto, de las empresas constructoras y de los centros de investigación de las universidades en Colombia, es posible desarrollar y producir unidades de arcilla y de concreto de alta resistencia requeridas para construir edificios altos de mampostería en arcilla. * En este artículo se establecieron las pautas de diseño y construcción necesarias para la aplicación de la mampostería estructural en edificios altos, basados en investigaciones recientes realizadas en Colombia. REFERENCIAS (1) PRIESTLEY, M. J; NIEGEL, Hon y CHAI Yuk. Prediction of masonry compression strength. En: NEW ZEALAND CONCRETE CONSTRUCTION. Porirua, 1984. v29. (MZ, 1984); P.11-14: VOL 29 (ab.1984); P.21-24 (2) ARANGO T, Jesús H. Resultados de experiencias e investigaciones recientes sobre el control de calidad de los materiales utilizados en la mampostería en Colombia. En: SIMPOSIO PANAMERICANO SOBRE CONSTRUCCIONES EN MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL EN ZONAS SÍSMICAS. (1º : 1993 : Bogotá) Bogotá: 1993.

(3) ESCUDERO, Robinsón y MARÍN, José. Resistencia a la compresión de la mampostería estructural con componentes de alta resistencia. Tesis de grado. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas, Escuela de Ingeniería civil. Medellín 2004. (4) ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA. Boletín Técnico No. 54: Evaluación Experimental de las Propiedades Mecánicas de la Mampostería. Bogotá, Colombia, Agosto 2004.