la mamposterÍa estructural en mÉxico · mÉtodo simplificado para diseÑo por sismo • se aplica...

LA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL

EN MÉXICO

Roberto Meli

Instituto de IngenieríaUniversidad Nacional Autónoma de México

TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA PREHISPÁNICA

• Principalmente construcción masiva

• Pocas construcciones con estructura elaborada sobreviven

El Gran Arco Maya de Labná. Yucatán. Clásico tardío. 600-900 d.c.

TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL TEMPRANA

• Construcción temprana, tipo fortificación

El convento de Izamal, Yucatán, Siglo XVI

TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL

• Miles de edificosreligiosos y civiles

• Construcciones más atrevidas

Iglesia parroquial de un pequeño poblado de Jalisco

TRADICIÓN DE MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL

• Empleo de mampostería en arcos, bóvedas y cúpulas.

Convento de Santo Domingo en Oaxaca

CONTINUACIÓN DE LA TRADICIÓN DEL EMPLEO ESTRUCTURAL DE LA

MAMPOSTERÍA

• Actualmente el empleo se ha concentrado en los muros de carga

• Subsisten casos aislados de aplicaciones en techos

Casa habitación en México D.F.Arq. Alfonso Ramírez

EDIFICACIÓN TRADICIONAL DE MAMPOSTERÍA

• Los sistemas de piso no forman diafragma, no restringen el volteo de los muros y no permiten dar continuidad a la estructura

SISTEMA DE PISO TRADICIONAL, NO MONOLÍTICO

TECHO QUE NO FORMA DIAFRAGMA.EMPUJE FUERA DEL PLANO

FALLA DE EDIFICIO SIN PISO-DIAFRAGMA

FALLA DE EDIFICIO SIN PISO-DIAFRAGMA

Volteo de la partecentral de muros

Volteo de la partecentral de muros

Grietas portensióndiagonal

Grietas portensióndiagonal

Caída delsistema de piso

Caída delsistema de piso

EVOLUCIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO

• Ligada a la evolución de los techos

• Del techo de viguería o bóveda, a la losa de concreto

• La losa permite una liga con los muros

• Lleva a usar concreto también en castillos y dalas, o sea a la mampostería confinada

losam uro

mur

o

mur

o

EDIFICIO DE VIVIENDA DE MAMPOSTERÍA CONFINADA

• La solución más común para vivienda unifamiliar

• Hasta cinco pisos

• Buen desempeño sísmico y ante asentamientos diferenciales

FUNCIÓN DEL REFUERZO EN LA MAMPOSTERÍA CONFINADA

• Primariamente: ligar, dar continuidad

• Confinar los muros para evitar su falla frágil

• Dar alguna resistencia a flexión

• No es su función aumentar la resistencia a cortante

EDIFICIO DE MAMPOSTERÍA CONFINADA

MAMPOSTERÍA CONFINADA. DETALLE DE REFUERZO EN

HUECOS

EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA EN ZONAS NONO SÍSMICAS

• Edificio para vivienda de 17 pisos en Basilea, Suiza

• Ladrillo de barro de 30 cm de espesor

EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA EN REGIONES DE ALTA SISMICIDAD

Edificio de ocho pisos de mampostería reforzada en San Diego, California

MAMPOSTERÍA CON REFUERZO INTERIOR EN MÉXICO

• En otros países se desarrolla a partir de los criterios para el concreto reforzado

• En México se deriva de la mampostería confinada.

• La finalidad es ocultar los refuerzos

P L A N T A

s ≤ 3 0 0 m m

EVOLUCIÓN DE LAS PIEZAS PARA MAMPOSTERÍA

• Evolución lenta

• Poco a poco estádesapareciendo el “tabique” artesanal

• Difusión de ladrillos industrializados de bajo costo

• Disminución de dimensiones

PRINCIPALES ESTUDIOS EXPERIMENTALES

• Propiedades de las piezas y morteros

• Propiedades básicas de la mampostería

• Comportamiento de muros con distintas características

• Comportamiento de sistemas estructurales

PROPIEDADES DE PIEZAS Y MORTEROS

• Ensayes para determinación de valores representativos y dispersión

• Primero en la Cd. de México, después en otras regiones

CARACTERÍSTICAS DE PIEZAS HUECAS

espesor≥ 15 mm

b) Ejemplos de piezas multiperforadas

espesor≥ 7 mm

a) Piezas huecas

longitud dela pieza

pared interiorespesor ≥ 13 mm

pared exteriorespesor ≥ 15 mm

perforación

espesor dela pieza

altura dela pieza

área brutaárea neta

área neta

celda

≥ 0.5

área bruta

PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS

• Desarrollo de métodos de prueba

• Pruebas en compresión en pilas

• Pruebas de compresión diagonal en muretes

• Relación con propiedades de componentes

mortero

pieza

carga

espesor

carga

altura

PRUEBA DE COMPRESIÓN DIAGONAL

• Básica para estimar resistencia a cortante

• Relación con esfuerzo de agrietamiento diagonal en muros

• Determinación de valores normativos

altura ≈ longitud(2.8.2.1)

longitud

carga

altura

carga

PRUEBAS DE MUROS ANTE CARGAS LATERALES

• Ensayes típicos ante ciclos de cargas laterales alternadas

• Muros en voladizo y ante compresión diagonal

• Variables: relación de forma, carga axial, refuerzo

ENSAYES DE MUROS DE MAMPOSTERÍA REFORZADA

CARACTERÍSTICAS DE LOS CICLOS DE HISTÉRESIS

• Disipación de energía

• Estabilidad

• DegradaciónDistorsión, θ

envolvente

Ejemplo decurva de histéresis

Cargalateral

RESULTADOS BÁSICOS DE LA CURVA ENVOLVENTE

• Carga de agrietamiento diagonal

• Carga máxima

• Distorsión de agrietamiento

• Distorsión a la falla

Carga2º ciclo

0.006 para piezas m acizas0.004 para piezas huecas

00

θRm áx≤(A .8.1)

Carga lateral

m áx

λR

R

0.8R

R ≤λR

≥R aRm áx

≥Rm áx

m áx

0.006 ó0.004

θ

≥ 0.8Rm áx

RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS HUECAS

• Muros de ladrillo hueco con bajas cuantías de refuerzo interior

• Comportamiento frágil

RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS SÓLIDAS

• Muros de mampostería confinada de ladrillos sólidos

• Presentan mayor ductilidad y disipación de energía

ENSAYES DE MUROS ACOPLADOS

• Efecto del acoplamiento

• Rigidez

• Relación flexión-cortante

• Comprobación de modelos de análisis

CONFIGURACION DE AGRIETAMIENTO

ESPÉCIMEN WBW-E

ESPÉCIMEN WBW-B

AgrAgr

AgrAgr

-0.015-0.015 -0.01-0.01 -0.005-0.005 00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015-600-600

-300-300

00

300300

600600Fu

erza

cor

tant

e, k

NFu

erza

cor

tant

e, k

N

Distorsión angular, mm/mmDistorsión angular, mm/mm

PRUEBA DE EDIFICIO DE DOS PISOS

• Comprobación de resultados en muros aislados

• Comprobación de modelos de análisis

EFECTO DEL REFUERZO EN EDIFICIO DE DOS PISOS

• Modelo 3D-R reforzado con malla

PRUEBAS EN MESA VIBRADORA

• Pruebas en vivienda de adobe

• Pruebas en modelos de mampostería de ladrillo

EVOLUCIÓN DE LA NORMATIVA

• Normas derivadas de una sistematización de la práctica establecida

• Principalmente reglas empíricas• Comprobadas y ampliadas con un amplia base

experimental• Ajustadas al formato general de las normas

mexicanas • Norma Técnica Complementaria recientemente

actualizada, tomando en cuenta ensayes recientes y nuevas modalidades de refuerzo

MAMPOSTERÍA CONFINADA

sep a

rac i

ónde

dal

as

castillos en intersecciónde muros (5.1.1.a)

dala en todoextremo de muroy a una distanciano mayor de 3 m

(5.1.1.b)

refuerzo en elperímetro deaberturas

(5.1.3)

H

3 m

dala en pretiles≥ 500 mm

(5.1.1.b)

losa

castillos enpretiles(5.1.1.a)

MAMPOSTERÍA CONFINADA.REQUISITOS DE UBICACIÓN DE

CASTILLOS

castillos enextremos de murose intersecciones

PLANTAseparaciónde castillos

4 m1.5H≤

Ht ≤ 30 (5.1.4)

(5.1.1.b)

t ≥ 100 mm (5.1.4)

MAMPOSTERÍA CONFINADA. REFUERZO EN HUECOS

separación de castillosseparación de castillos

Refuerzo enaberturas si

dimensión>

¼ separación de castillos600 mm abertura que no

requiere refuerzo

MAMPOSTERÍA CON REFUERZO INTERIOR

(6.1.1)Ht ≤ 30

t ≥ 100 mm(6.1.7)

sh

Ash(6.1.1)

(6.1.7)

Asv tsv

REFUERZO INTERIOR

junta de mortero

≤ ¾ espesor de junta

ELEVACIÓN

db3.5 mm ≤

≥

hilada

6 hiladas

(5.4.3.2 y6.4.3.2)

600 mm

refuerzo horizontal

sh ≤

pieza

(3.3.2.2)

db10 mm (3.3.4.3)

≤ 10 mm, mecanizada15 mm, artesanal

espesor de juntas ≥ 6 mm

(sin refuerzo, 9.2.2.1)

espesorde junta

Ash

≤ 12 mm, mecanizada15 mm, artesanal

(con refuerzo, 9.2.2.1)

espesorde junta

DETALLES DE APAREJO(9.2.2.3)

pieza huecapieza multiperforada

nivel de coladosi se interrumpela construcción

aparejo en formacuatrapeada

rellenode celdas

refuerzo o ductos

refuerzo o ducto (9.2.2.3)

(9.2.2.2)

rellenar ambas celdas

MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO

Los dos extremos:

• Métodos muy simplificados: hipótesis burdas, reglas geométricas

• Métodos muy refinados: modelación tridimensional, elementos finitos, comportamiento elástico lineal, continuidad

MÉTODO SIMPLIFICADO PARA DISEÑO POR CARGAS

VERTICALES

• Se ignora la flexión fuera del plano

• Determinación de carga vertical por unidad de longitud de muro

• Fórmula simplificada para determinar la resistencia, con reducción por esbeltez y excentricidad

MÉTODO SIMPLIFICADO PARA DISEÑO POR SISMO

• Se aplica a edificios bajos, regulares y simétricos

• Determinación directa del cortante basal

• Determinación directa del cortante resistente, como suma de la resistencia de todos los muros en la dirección de análisis

• Se ignoran los efectos de torsión y no se diseña por flexión en el plano

COMPORTAMIENTO ANTE CARGAS LATERALES

LIMITACIONES DEL MÉTODO SIMPLIFICADO

• Sólo considera falla por cortante

• Permite que se coloque sólo un refuerzo mínimo por flexión

• No consideran diferencias de rigidez de los muros

• Las hipótesis son muy debatibles para edificios de varios pisos

ANÁLISIS REFINADO

• Comportamiento tridimensional

• Modelos de columna ancha

• Modelos de elementos finitos

• Problemas de no linealidad y de continuidad

MODELO DE COLUMNA ANCHA

• Considera el acoplamiento

• Vigas ficticias infinitamente rígidas

Elementos con rigidez infinita

Rigidez delmuro

ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS

• Modelo tridimensional

• Elementos placa

• Limitaciones

ACOPLAMIENTO DE MUROS

losa contrabe o dala

losa4t

losat

losa4t

losamuro

ancho equivalente

mur

o

mu r

o

MUROS DIAFRAGMA

• Rigidizan marcos flexibles de concreto o acero

• Importante contribución a la resistencia y rigidez a cargas laterales

• Cuidar asimetrías y discontinuidades

≥½Carga

R,columna

HCarga

VR,columna

V

¼H VR,columna

¼H

MUROS DIVISORIOS

castillos o refuerzo interiorCORTE

elementospara evitar

el volteo

Solución 1

t ≥ 100 mm

Solución 2

TENDENCIAS ACTUALES

• Piezas industrializadas• Refuerzo con alambres de

acero de alta resistencia• Elementos de refuerzo de acero

prefabricados• Edificios de cinco pisos en

zonas urbanas, con cambio de estructuración en planta baja

• Combinación de muros de mampostería y de concreto

• Edificios de dos pisos en zonas suburbanas

TENDENCIAS ACTUALES.MATERIALES Y SISTEMAS

• Desarrollo de piezas especiales para mampostería confinada con refuerzo oculto y para mampostería reforzada.

• Refuerzo horizontal en mampostería confinada

• Mejoras en los requisitos normativos para refuerzo de castillos y dalas

• Empleo de morteros reforzados con fibras

NECESIDADES DE MEJORAS.DISEÑO

• Uso de métodos refinados de análisis

• Adaptación y racionalización de métodos simplificados

• Procedimientos más racionales para cálculo de la resistencia (considerando el refuerzo)

• Normativas específicas para construcciones de pequeñas dimensiones. Vivienda de interés social

NECESIDADES DE INVESTIGACIÓN

• Desarrollar procedimientos de refuerzo más efectivos y fáciles de colocar

• Mejorar detallado de refuerzo en mampostería confinada y reforzada

• Orientar las nuevas soluciones a muros aparentes