control fisura muros mamposteria

PROYECTO DE INVESTIGACIN EN

CONTROL DE FISURACION EN MUROS DE

MAMPOSTERIA

Informe de trabajos realizados -Enero 2000 a octubre de 2001-

Preparado por: Juan Fernando Arango Londoo Asesor de lnea de investigacin aplicada

Revisores: Juan Guillermo Rivera Berro Ana Agudelo de Marn

INSTITUTO TECNOLOGICO METROPOLITANO Establecimiento pblico de educacin superior adscrito a la Alcalda de Medelln

Medelln, Colombia Diciembre de 2001

Informe de trabajos enero 2000 a octubre de 2001.

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Tabla de contenidos 1 Equipo de trabajo y participantes................................................................6 2 Ubicacin del proyecto de investigacin ..................................................7 3 Antecedentes.....................................................................................................7

3.1 Alcance.........................................................................................................7 3.2 Objetivos ......................................................................................................7

4 Metodologa .......................................................................................................8 5 Esquema participativo y organizacional....................................................8

5.1 Participacin de los estudiantes...............................................................8 5.2 Participacin de Coordinadores ...............................................................9 5.3 Contactos internacionales .......................................................................10 5.4 Contactos nacionales...............................................................................10

6 Cronograma de trabajos...............................................................................10 7 Equipos.............................................................................................................11

7.1 Equipos adquiridos...................................................................................11 7.2 Equipos fabricados por el ITM................................................................14

7.2.1 Equipo completo para la prctica de contraccin lineal de secado ................................................................................14 7.2.2 Equipo para la determinacin de la retencin de agua de morteros ............................................................................15 7.2.3 Refrentador para mampostera con sus accesorios ...................16 7.2.4 Canasta para la determinacin de densidades de piezas de mampostera ...................................................................16 7.2.5 Juego de moldes de cubos de morteros para docencia ............17 7.2.6 Rtula de 20cm de dimetro (con bloqueadores) .......................17 7.2.7 Elementos para realizacin de la norma UNE 67037.................18 7.2.8 Sistema de reaccin para ensayos de muros a escala real......19

8 Patronacin de equipos................................................................................19 9 Marco terico...................................................................................................20

9.1 Enfoque bsico de los cambios volumtricos en los materiales para mampostera ....................................................................................20

9.1.1 Cambios volumtricos por esfuerzos ............................................20 9.1.2 Cambios volumtricos por flujo plstico .......................................21 9.1.3 Cambios volumtricos por efectos ambientales ..........................22

9.2 Anlisis de normatividad reciente en el control de fisuracin de muros de mampostera ....................................................29

9.2.1 Cdigo Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes CCCSR-1984. .............................................................29 9.2.2 Norma Sismo Resistente Colombiana NSR 98 ...........................32 9.2.3 Cdigo ACI 530-95 ...........................................................................35 9.2.4 Cdigo ACI 530-99 ...........................................................................37 9.2.5 National Concret Masonry Asociation (NCMA) ...........................37 9.2.6 Brik industry Asociation (BIA) .........................................................41


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9.3 El fenmeno de la expansin de las unidades de arcilla ...................45 9.3.1 Explicacin qumica del proceso de expansin...........................46 9.3.2 Efecto de la humedad de exposicin de las unidades ...............47 9.3.3 Efecto del proceso de horneado ....................................................48 9.3.4 Efecto de la expansin de las unidades en el muro. ..................49 9.3.5 Antecedentes en Colombia.............................................................49 9.3.6 Valores tpicos de otros pases ......................................................49

10 Trabajos realizados....................................................................................51 11 Grupo de mampuesto en concreto ........................................................51

11.1 Normas aplicables ....................................................................................52 11.1.1 Normas Tcnicas Colombianas: ....................................................52 11.1.2 Normas ASTM...................................................................................52

11.2 Anlisis comparativo de las normas NTC para bloque de hormign, respecto a sus referentes ASTM. ......................................52

11.2.1 NTC 4026, Unidades (Bloques y ladrillos), de concreto, para mampostera estructural. ......................................................53 11.2.2 NTC 4076, Unidades (bloques y ladrillos) de concreto para mampostera no estructural interior y chapas de concreto. . .............................................................................................................54

11.3 Estudio de refrentado con yeso (NTC 4024) .......................................54 11.4 Ensayo de contraccin lineal de secado NTC 4072 (ASTM C426) .59

11.4.1 Objeto de estudio de la CLS...........................................................59 11.4.2 Ecuaciones de correccin de lecturas ..........................................59

11.5 Resultados de CLS ..................................................................................60 11.5.1 Estudio de caso de CLS para un productor de bloque del Valle de Aburr .................................................................................62 11.5.2 Estudio de la carbonatacin de bloques de hormign para control de CLS. ........................................................................63

12 Grupo mampuestos de arcilla .................................................................63 12.1 Normas aplicables ....................................................................................63

12.1.1 Normas Tcnicas Colombianas .....................................................63 12.1.2 Normas ASTM...................................................................................63 12.1.3 Otras Normas internacionales ........................................................64

12.2 Ensayos de expansin en unidades de arcilla .....................................64 12.2.1 Anlisis normativo ............................................................................64 12.2.2 Evaluacin de mtodos alternos ....................................................69 12.2.3 Propuesta de norma ICONTEC .....................................................77 12.2.4 Coeficientes de expansin hallados ..............................................77 12.2.5 Anlisis patolgico de una edificacin ..........................................83 12.2.6 Otras lesiones por expansin .........................................................85 12.2.7 Dificultades de identificacin de patologas por expansin.......86 12.2.8 Medidas preventivas para controlar las lesiones por expansin...........................................................................................87

13 Grupo de morteros.....................................................................................88 13.1 Normas aplicables ....................................................................................88


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13.1.1 Normas Tcnicas Colombianas (NTC) .........................................88 13.1.2 Normas de la American Society for Testing and Materials (ASTM)..............................................................................89

13.2 Anlisis comparativo de las normas NTC para morteros, respecto a sus referentes ASTM.(2) .......................................................90

13.2.1 NTC 4050 Cemento para mampostera ........................................90 13.2.2 NTC 2240 Agregados usados en morteros de mampostera ....90 13.2.3 NTC 3329 Mortero para mampostera ..........................................90 13.2.4 NTC 4020, Agregados para mortero de relleno utilizado en mampostera. ...............................................................91 13.2.5 NTC 4048, Lechadas (Grouts) para mampostera ......................92

13.3 Estudio de las Adiciones de cal en morteros .......................................92 13.4 Estudio de adiciones de dispersiones de ltex....................................92

13.4.1 Anlisis de diferencias entre ASTM C109 y C1439....................93 13.4.2 Tesis Influencia de las proporciones de ltex en morteros para mampostera ..........................................................95 13.4.3 Prismas de mampostera de ladrillo de arcilla .............................97 13.4.4 Anlisis econmico de la utilizacin de ltex en morteros...... 100

13.5 Estudio de retenedores de agua para morteros ............................... 101 13.5.1 Estudio de caso de retenedor de agua A (Trabajo de grado)......................................................................... 102 13.5.2 Estudio de caso del retenedor de agua B.............................. 107

14 Estudio de prismas de mampostera. ................................................ 108 14.1 Normas aplicables ................................................................................. 108

14.1.1 Normas Tcnicas Colombianas .................................................. 108 14.1.2 Normas ASTM................................................................................ 108

14.2 Anlisis comparativo de las normas NTC para determinar la resistencia sobre prismas, respecto a sus referentes ASTM................................................................................... 108

14.2.1 NTC 3495, Resistencia a la compresin de prismas de mampostera............................................................. 108

14.3 Diferencias bsicas entre las normas ASTM C1314-95, E447-92b (NTC 3495) y E447-97 ....................................................... 109 14.4 Ensayos sobre prismas ........................................................................ 109

15 Muros a escala real................................................................................. 111 15.1 Objetivos ................................................................................................. 111 15.2 Construccin de las plataformas de ensayos. .................................. 111

15.2.1 Concepcin general del sistema................................................. 111 15.2.2 Construccin del sistema ............................................................. 113

15.3 Muros de mampostera de arcilla del proyecto de grado de Mendoza y Correa................................................................................. 116

16 Participacin en mesas ICONTEC ...................................................... 117 17 Diagnstico actual .................................................................................. 120

Proyeccin tcnica y tecnolgica ......................................................................... 120 18 Proyeccin de los trabajos ................................................................... 122


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18.1 Estudio sobre muros a escala real ..................................................... 122 18.2 Ampliacin de la base de datos de coeficientes de expansin y contraccin...................................................................... 122 18.3 Estudio del control de la CLS .............................................................. 122 18.4 Estudio de la modificacin de morteros con ltex............................ 123 18.5 Estudio de dilataciones trmicas ........................................................ 123 18.6 Estudio de la integridad del ensamble de mampostera ................. 125

19 Bibliografa ................................................................................................ 126 20 Lista de figuras ........................................................................................ 128 21 Lista de tablas .......................................................................................... 131


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1 Equipo de trabajo y participantes Participantes por el ITM: Asesor de lnea de investigacin aplicada: Juan Fernando Arango Londoo

(Investigador Principal) Tcnicos laboratorio: Gabriel Monsalve Pupiales Juan Guillermo Quincha Rodrguez Jaime Alberto Franco Arcila Grupo de Servicios Generales Grupo estudio de Morteros: Beatriz Elena Arias Cardona (Coordinadora) Estudiantes: Martha Pino Velandia Carolina Obando Yelitza Restrepo Flor Maria Mendoza Rengifo Diana Marcela Correa Velsquez Carmenza Vlez Nagles Caleb Daro Amariles Grupo estudio de Ladrillos Juan Guillermo Rivera Berro (Coordinador) de arcilla Estudiantes: Frank Alberto Chica Sandra Ochoa Viviana Pimiento Paula Marcela Crdoba Mauricio Restrepo Grupo estudio de Bloque Juan Fernando Arango L. (Coordinador) de concreto Jhon Fredy Jaramillo Roy Rojer Rodriguez Jaramillo Oswald Valoyes Luis Felipe Rojas Gonzlez.


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2 Ubicacin del proyecto de investigacin La investigacin en el Instituto Tecnolgico Metropolitano se encuentra estructurada en programas a los cuales se inscriben lneas de investigacin, de las cuales se desprenden investigaciones especficas. As el presente trabajo se encuentra ubicado bajo el siguiente esquema organizacional: Programa de investigacin: Construccin y hbitat Lnea de Investigacin: Materiales y tecnologas para la

construccin Proyecto de Investigacin: Control de fisuracin en muros de

mampostera. 3 Antecedentes 3.1 Alcance Este proyecto de investigacin mide las propiedades mecnicas individuales de los componentes de la mampostera, morteros y mampuestos, as como su comportamiento conjunto, permitiendo desarrollar recomendaciones constructivas y de diseo con nfasis en el control de las condiciones de servicio (control de dao arquitectnico y estructural). 3.2 Objetivos Determinar las caractersticas mecnicas reales (resistencia, cambios volumtricos, etc) de los materiales constitutivos de la mampostera estructural y no estructural disponibles en el medio nacional (morteros, mampuestos) Formular dosificaciones de morteros que permitan una mayor plasticidad (capacidad de deformacin en fase slida), complementando las dosificaciones normalizadas. Verificar el funcionamiento en conjunto de la mampostera sobre modelos fsicos a escala natural, variando condiciones de refuerzo, morteros, unidades de mampostera y tamao de los muros. Se obtendrn relaciones


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de carga (deformacin) dao arquitectnico que permitir limitar el uso de la mampostera con nfasis en las condiciones de servicio. Revisar e intervenir la normativa nacional para los materiales constitutivos de la mampostera, en los aspectos asociados con el control de fisuracin de muros de mampostera. 4 Metodologa Con el objeto cubrir completamente las caractersticas de la mampostera, el proyecto de investigacin se ha dividido en tres fases principales: investigacin sobre las propiedades individuales de los materiales y recopilacin de normas aplicables, investigacin sobre muretes (prismas) y modelos a escala real. El trabajo inicial comprende la recopilacin y estudio de normas aplicables en mampostera a nivel nacional e internacional, tales como la Norma Sismo Resistente (Ley 444 de 1997, los decretos 33 de 1998 y 34 de 1999), las Normas Tcnicas Colombianas NTC, las Normas American Society for Testing and Materials (ASTM) y las Normas Espaolas. Para la realizacin del proyecto de investigacin se requiri de un proceso continuo de adaptacin del laboratorio de Construccin de Acabados Arquitectnicos que permitiera soportar el desarrollo de los ensayos. Con este objetivo permanentemente, se adelanta la adquisicin y fabricacin en el Instituto de elemento especiales y de aquellos accesorios que son crticos para lograr la repetibilidad de los trabajos, as como la patronacin de los instrumentos de trabajo. 5 Esquema participativo y organizacional

5.1 Participacin de los estudiantes La participacin de los estudiantes de la Tecnologa en Construccin de Acabados Arquitectnicos en la investigacin, ha partido de la creacin de semilleros de grupos de estudio de cada uno de los componentes de la mampostera. Se pretende que cada grupo especialice el conocimiento de su rea, debido a la gran cantidad de documentacin y normas para el estudio; para el logro de este objetivo, se ha planteado la estrategia de que cada grupo sea autnomo en su trabajo general y realice tareas especificas en lo referente al proyecto de investigacin.


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La base de participacin de los estudiantes en la investigacin se ofreci de tres formas: - Compensacin de matrcula: Consiste en una compensacin en trabajo

que debe realizar el estudiante en la institucin al efectuarse una deduccin en el costo de la matrcula para el semestre siguiente. Por este mtodo trabajaron 3 estudiantes con un total de 300 horas para el semestre 01/00.

- Vinculacin formal no retribuida. Los estudiantes de la Tecnologa en

Construccin de Acabados Arquitectnicos, se vinculan al proyecto de investigacin con una dedicacin semanal y con una carga horaria asignada por cada uno de ellos de manera voluntaria, de acuerdo a la carga acadmica y disponibilidad de tiempo. Con este tipo de vinculacin han trabajando activamente en la investigacin 14 personas hasta la realizacin de este informe. Otros estudiantes han participado de manera espordica.

- Monitora acadmica: Consiste en una vinculacin remunerada de

acuerdo al nmero de horas semanales asignadas. En la primera etapa del proyecto de investigacin no se cont con este tipo de vinculacin.

- Trabajo dirigido de grado. Los estudiantes vinculados al proyecto de

investigacin, realizan estudios de un caso especfico en temas avanzados, con trabajo de campo y de laboratorio.

5.2 Participacin de Coordinadores Los coordinadores de grupo son los encargados de orientar las actividades especficas requeridas para el proyecto de investigacin en cada grupo de materiales constitutivos de la mampostera. Los coordinadores trabajaron en la investigacin bajo la modalidad de extensin acadmica establecida en la institucin, consistente en trabajar un mnimo de 6 horas semanales en actividades relacionadas con la academia y que no sea funcin especfica del cargo desempeado. Los coordinadores desempean cargos administrativos y se vincularon activamente a los trabajos hasta diciembre de 2000. Los grupos de estudio fueron luego asumidos por la coordinacin general del proyecto de investigacin.


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5.3 Contactos internacionales Con el objeto de conformar un grupo de discusin amplio, se contact en abril de 2000 al Ingeniero Richard Klingler, profesor de la universidad de Austin (Texas), investigador reconocido en temas de mampostera, quien brinda su colaboracin para la discusin de aspectos del proyecto de investigacin. 5.4 Contactos nacionales Para el apoyo de los trabajos a realizar, se han realizado los siguientes contactos con especialistas en el tema de mampostera a nivel nacional - Andrs Uriel Gallego Henao. Ingeniero Civil, consultor en temas de

mampostera y asesor internacional, presidente del comit redactor de la Norma Sismo Resistente, ttulos D y E (mampostera estructural y edificaciones de uno y dos pisos)

- Juan Carlos Rincn Hurtado.Ing. Civil, especialista en estructuras, director tcnico INDURAL LTDA.

- Victor Aristizabal. Ingeniero Civil y Gelogo. Director tcnico LADRILLERA SAN CRISTOBAL, experto en cermicos

- Germn Guillermo Madrid. Director de prefabricacin del ICPC. Presidente de la Secretara Tcnica de Normalizacin de ICONTEC, comits de prefabricados de concreto y tuberas

- Grupo de Estudio de Cermicos y Vtreos de la Universidad Nacional de Colombia. Sede Medelln, Ing. Pablo Abad, Ing. Claudia Patricia Garca e Ing. Ramiro Restrepo.

6 Cronograma de trabajos La investigacin fue planeada para realizarse en su fase inicial en un perodo de dos aos. La figura 1 presenta el cronograma real de actividades realizadas.


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Actividad/bimestre Ene-00 Mar-00 May-00 Jul-00 Sep-00 Nov-00 Ene-01 Mar-01 May-01 Jul-01 Sep-01

Ajuste de procesos de laboratorioElaboracin de flujogramas

Patronacin de instrumentosPrcticas previas

Fabricacin de equipos

Conformacin de equipo de trabajoConvocatoria a estudiantes

Conformacin equipo externoConformacin grupos de trabajo

Vinculacin de la industria

Estudio en materiales individualesContraccion lineal de secado

Expansin de arcillasMorteros modificados

Estudio en muretesModulos de elasticidad

Estudio en muros a escala realConformacin de plataformas

Construccin de murosSeguimiento

DivulgacinParticipacin en NTC

Presentacion a publico interno

InformesElaboracin informe de avance de la investigacin

Articulos para la "TECN"Articulos para revista TECNOLGICAS

Presentacin informe avanceProyecto de investigaciones derivadas

Cronograma de actividades

Figura 1. Cronograma de actividades

En el captulo correspondiente a diagnstico actual y proyeccin de los trabajos para el perodo siguiente, se presentan detalles de los logros y las perspectivas de avance. 7 Equipos 7.1 Equipos adquiridos Para la realizacin del proyecto de investigacin, el Instituto adelant la adquisicin de los siguientes elementos a travs de la empresa ANALYTICA, contratos 151 y 200 de 1999. - 1 Bastidor de compresin de 500KN, con 600mm de luz libre (figuras 2 y

3) - Equipo completo de fijacin y lectura de Strain Gages marca Vishay

(figura 4)


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- 1 Extensmetro de precisin Humbold modelo H-3230 mtrico, de

0.002mm de precisin (figura 5) - 5 Extensmetros de cartula H-4465CC de 0.01mm (figura 6) - 1 Equipo para pruebas estticas de carga marca ENERPAC de 100

toneladas, con manmetros de acople rpido en el rango de 100, 50 y 5 toneladas (figura 7)

- 1 Horno de alta temperatura (1200oC) para pruebas de recocido de arcillas y pruebas varias de coccin de unidades verdes, capacidad 140x45x25cm libres internos. (figura 8)

Figura 2. Equipo de compresin (1500 y 500kN)

Figura 3. Detalle marco de mampostera


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Figura 4. Equipo completo de Strain gages, precisin 0.0001

Figura 5. Extensmetro marca Humboldt, precisin 0.002mm

Figura 6. Extensmetro de precisin 0.01 y soporte


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Figura 7. Pistn de 100t marca ENERPAC

Figura 8. Horno de alta temperatura (1200 oC)

7.2 Equipos fabricados por el ITM Los siguientes equipos de laboratorio fueron fabricados en la institucin, con la ayuda de los Laboratorios de Mquinas y Herramientas, Soldadura y Materiales de Construccin. El personal adscrito al Departamento de Servicios Generales y algunos estudiantes del equipo de trabajo, participaron activamente en la construccin de los equipos. 7.2.1 Equipo completo para la prctica de contraccin lineal de secado Para la realizacin de las pruebas de contraccin lineal de secado, se fabric la totalidad del equipo requerido, excepto el extensmetro y el tanque con control de temperatura. El horno (figura 9), se construy de acuerdo con las especificaciones de materiales y dimensiones de la norma ASTM C426. Para un control mas


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preciso de la temperatura interior, se adapt en vez del termstato sugerido por la norma, una termocupla tipo J, con un controlador. En el anexo 1, se describen detalles adicionales de la construccin del horno. La cmara de enfriamiento descrita por la norma, se adapt en una caneca metlica de 55 galones con tapa de cierre hermtico (anillo metlico y empaque de caucho). Sobre la tapa de la caneca, se realiz una perforacin para encajar un termmetro de mercurio. La figura 10, muestra el conjunto de equipos para la realizacin del ensayo. El tanque de saturacin, con control de temperatura, fue adquirido por el Instituto en la dotacin inicial del laboratorio.

Figura 9. Horno para contraccin lineal de secado

Figura 10. Equipo completo para prctica de contraccin

lineal de secado

7.2.2 Equipo para la determinacin de la retencin de agua de morteros El equipo para determinar la retencin de agua de los morteros, se fabric con base en la norma ASTM C91


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Por imposibilidad de ubicar localmente el accesorio descrito como Stop Cock en la norma, se adapt un sistema de llaves de bola comunes, que accionadas de forma simultnea, cumplen la misma funcin. En el anexo 1, se encuentran detalles adicionales para la construccin de la mquina.

Figura 11. Equipo de Retencin de agua

7.2.3 Refrentador para mampostera con sus accesorios Con el fin de proveer una superficie adecuada para realizar el refrentado de unidades de mampostera y prismas (muretes), se fabric el dispositivo presentado en la figura 12.

Figura 12. Mesa de refrentado

Al dispositivo, se le incluy un sistema de guas para facilitar el proceso de refrentado. 7.2.4 Canasta para la determinacin de densidades de piezas de mampostera


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El laboratorio no dispona de un mecanismo adecuado para la determinacin de las caractersticas fsicas de las unidades de mampostera que se derivan del pesaje sumergido. Con el fin de facilitar los procedimientos de pesaje, se fabric una canastilla con capacidad para soportar una unidad completa de mampostera (figura 13).

Figura 13. Canasta para densidades

7.2.5 Juego de moldes de cubos de morteros para docencia Con el fin de liberar el uso en las prcticas corrientes de los moldes de cubos normalizados existentes, se construy un juego de tres moldes alternativos que soportaran el desarrollo docente. Los moldes fueron realizados en acero A36 comn.

Figura 14. Moldes alternativos de 50x50mm

7.2.6 Rtula de 20cm de dimetro (con bloqueadores) La rtula es un elemento esencial para garantizar que la transmisin de esfuerzos a los materiales y elementos ensayados, sea perfectamente perpendicular a las caras ensayadas. Con el fin de actualizar la mquina de compresin a las nuevas normas y realizar los ensayos de carga sobre los muros a escala real, se fabric una rtula de aprox 200mm de dimetro


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Figura 15. Rtula 200mm de dimetro

7.2.7 Elementos para realizacin de la norma UNE 67037 Para la realizacin del ensayo de expansin, se requiri la adecuacin de dos contenedores, uno de ellos para realizar el proceso de coccin en agua de las piezas y otro con para cumplir la funcin de cmara de enfriamiento con solucin desecadora. Por comodidad, se emplearon dos canecas metlicas de 55 galones, las cuales se adaptaron de acuerdo a la figura 16.

Figura 16. Elementos fabricados para el ensayo de expansin

Cada resistencia de 1300W, 220V, se conect a interruptores individuales, para controlar el consumo de energa una vez alcanzada la temperatura de ebullicin.


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7.2.8 Sistema de reaccin para ensayos de muros a escala real Los muros de mampostera, por su rigidez, son muy susceptibles a las deformaciones internas y externas, las cuales generan fisuraciones y agrietamientos. Para determinar los efectos en el dao arquitectnico de las deformaciones externas impuestas a los muros, se construyeron 3 plataformas para la realizacin de deflexiones controladas en muros con condiciones diferentes de materiales constitutivos. En la seccin 15.2 se encuentran los detalles constructivos del sistema y la descripcin de las caractersticas tcnicas de las partes. El sistema de deformacin est constituido principalmente por tornillos de 1 de dimetro, los cuales se muestran en la figura 17. Los tornillos permiten generar deflexiones artificiales en el sistema de soporte del muro, y registrar paso a paso el proceso de dao arquitectnico.

Figura 17. Elementos para plataforma de ensayos muros a escala real

8 Patronacin de equipos La patronacin de los equipos con el objeto de garantizar la calibracin y repetibilidad de los ensayos, se realizaron con las siguientes empresas: - ANALYTICA: Patronacin de prensas de 1500kN y 500kN, bsculas

digital de 20kg de 0.1g de resolucin marca AND y bscula anloga de 20kg de resolucin 1gr OHAUS

- UNIVERSIDAD EAFIT. Patronacin de Extensmetros de 0.01, calibradores de 1m y 15cm.


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9 Marco terico 9.1 Enfoque bsico de los cambios volumtricos en los materiales para mampostera Es bien conocido que todos los materiales de construccin, presentan deformaciones o cambios volumtricos cuando son sometidos a cargas o cambios de temperatura. Si bien estas dos causas son importantes, existen muchos factores adicionales que generan cambio volumtrico, normalmente desconocidos por las personas que trabajan en la construccin, especialmente en los muros de mampostera. Los muros de mampostera son constituidos por unidades pequeas que pueden ser de piedra, hormign arcilla o slice y cal. Estas piezas se unen mediante morteros de pega y constituyen de esta manera el muro. Las unidades y el mortero presentan cambios volumtricos individuales caractersticos que son acentuados o mitigados en el ensamble. Los cambios volumtricos de los materiales de construccin en general, se pueden agrupar en tres grandes categoras: los cambios volumtricos por esfuerzos (cargas), el flujo plstico y los efectos ambientales. El inadecuado control de cualquiera de los tres tipos de movimientos descritos en un muro de mampostera, conducir en definitiva a generar esfuerzos en los elementos, fisuracin, desprendimientos y colapsos en el peor de los casos. 9.1.1 Cambios volumtricos por esfuerzos Los cambios volumtricos por esfuerzos, son los causados por efecto de las cargas externas impuestas a un material. Para los materiales sometidos a esfuerzos de compresin, es comn asociar las deformaciones con las curvas esfuerzo deformacin como se muestra en la figura 18, que corresponde a un ensayo de carga de compresin sobre un mortero de pega con 10% del peso del cemento en adicin de cal tipo S.


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Curvas esf-def mortero +10% cal

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012

Deformacin unitaria (mm/mm)

Esf

uer

zo (M

Pa)

Puntos obtenidosregresion

Esfuerzo promedio:23.84MPar=0.98

Figura 18. Curva esfuerzo deformacin para un mortero

Otras deformaciones como las producidas por esfuerzos de flexin o torsin, se expresan comnmente en funcin de deflexiones y curvaturas contra carga. Para el caso de la mampostera, que es un ensamble de materiales para que acten como una sola unidad, la curva mostrada en la figura 18 sirve para ilustrar el comportamiento de un muro que transporta cargas, incluyendo su peso propio. Las cargas sobre-impuestas, se transforman en mayores esfuerzos en el interior del muro por lo cual experimentar mayor deformacin comparativa que otro muro que slo sostenga su propio peso. Como consecuencia, a pesar de que dos muros se construyan exactamente con la misma altura, materiales y calidad de mano de obra, el muro con cargas adicionales a su propio peso experimentar una disminucin de tamao, la cual se acentuar a medida que se incremente la carga sobre ste, respecto a su igual con baja carga. La diferencia de deformacin por efecto de carga diferente en muros ligados o trabados produce un efecto de corte, lo cual se traducir en una fisura en el momento en que la diferencia de deformacin induzca un esfuerzo cortante mayor al que puede resistir el ensamble. Este tipo de fisura es tpico en las intersecciones de muros, especialmente si se trata de un muro estructural (portante) y de un muro divisorio sin carga. 9.1.2 Cambios volumtricos por flujo plstico El flujo plstico es, en trminos sencillos, el incremento de la deformacin bajo carga o esfuerzo sostenido por un perodo de tiempo largo (Ver figura 19), contrario a lo que ocurre en la curva de la figura 18, donde para un incremento de carga se aprecia un incremento de deformacin.


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La parte ascendente de la grfica en la figura 19 representa la deformacin inicial en un perodo corto de tiempo, mientras la parte recta representa la deformacin bajo carga sostenida por largo tiempo o flujo plstico. El flujo plstico es comn en todos los materiales, especialmente en el concreto, la arcilla y la piedra, y se puede entender como una relajacin del material.

Flujo plstico

0

5

10

15

0 0.002 0.004 0.006 0.008

Def unitaria

Esf

uer

zo

Figura 19. Esquema ilustrativo para flujo plstico

El efecto del flujo plstico se presenta en la mampostera con efectos similares a los explicados en las deformaciones por carga externa. As un muro cargado presenta una deformacin inicial, como ya se explic, y con el tiempo presentar otras deformaciones adicionales (an sin incremento de carga), debido a la relajacin del material. Los efectos del flujo plstico son aditivos a las deformaciones por carga externa y sus efectos normalmente se confunden con sta en el diagnstico de patologas de construccin Los valores tpicos de flujo plstico para las constituyentes de la mampostera se relacionan en la tabla 1

Material Coeficiente de flujo plstico

(mm/mm * kg) Unidades de Arcilla 4.91x10-9 Unidades de concreto 17.5x10-9 Tabla 1. Coeficientes de flujo plstico.Tomados del BIA

9.1.3 Cambios volumtricos por efectos ambientales Dentro de esta categora se clasifican los cambios volumtricos debidos a temperatura, humedad, carbonatacin, corrosin y congelamiento.


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Debido a las condiciones climticas propias de Colombia, el tema de los cambios volumtricos debido a congelamiento no se abordar en esta investigacin 9.1.3.1 Unidades de Arcilla 9.1.3.1.1 Cambios de temperatura Las unidades de arcilla como todos los materiales presentan cambio de longitud con los cambios de temperatura. Relativamente frente a otros materiales de construccin, los cambios volumtricos de las arcillas son bajos como se ilustra en la tabla 2

Material Coeficiente de expansin trmica promedio mm/mmx10-6 / oC

Unidades de arcilla 1.5 Acero estructural ASTM A36 11.7 Hormign 10 Madera Vara entre 3 y 4.5 Aluminio 23 Bronce 20 Yeso 3.4

Tabla 2. Coeficientes de expansin trmica (Segn Brickford) El bajo coeficiente de expansin de la arcilla respecto a los dems materiales implica que para cada cambio de temperatura de 1 grado centgrado, el hormign, acero y aluminio se expandan 6.6, 7.8 y 15.3 veces ms, respectivamente, que las unidades de arcilla. El conocimiento de las caractersticas de los materiales con los cambios de temperatura es importante en la combinacin de stos en una construccin. Elementos como ventanas y estructuras metlicas o de hormign, combinadas con mampostera de unidades de arcilla, deben ser aisladas apropiadamente para proporcionar tolerancias y zonas de dilatacin que eviten empujes de un material contra otro como producto de los cambios de temperatura. Los efectos de las dilataciones generalmente se expresan como daos funcionales, arquitectnicos e incluso estructurales en casos severos. Cuando se produce combinacin de unidades de hormign o silice-cal con unidades de arcilla en la construccin de un muro, el efecto de cambio de temperatura por accin de los diferentes coeficientes de expansin, produce fisuraciones y daos, los cuales se suman a efectos que se explicarn ms adelante.


24

9.1.3.1.2 Expansin permanente Las unidades de arcilla presentan el fenmeno de expansin permanente por humedad. Las unidades son fabricadas con una mezcla en la cual predomina la arcilla adems de limos, arenas y materia orgnica. La mezcla es moldeada y sometida a un proceso de horneado a temperaturas entre 600 y 1200oC para permitir el desarrollo de estructuras vtreas. Algunas de las partculas arcillosas no se integran a la red vtrea y permanecen en su forma natural, debido a las limitaciones prcticas y econmicas del horneado. Estas partculas no vitrificadas, una vez salen del horno deshidratadas y sin agua qumica, incorporan a su estructura molecular toda el agua disponible del ambiente. As las unidades de arcilla presentan su menor tamao posible una vez salen del horno en el proceso de fabricacin, crecen rpidamente durante los primeros cinco aos debido a la inclusin de agua qumica y continan la expansin lentamente en el tiempo (ver figura 20). El fenmeno de expansin de las arcillas es aplicable a todos los materiales fabricados comnmente para construccin como son las baldosas, vitrificados y cermicos. Cada material presenta su expansin caracterstica y los valores promedios se encuentran entre 0.02% y 0.09%. Para Colombia solo se han realizado investigaciones sobre la problemtica de la expansin de arcillas en el grupo de estudios de Cermicos y Vtreos de la Universidad Nacional de Colombia. El estudio representa un referente importante del grado de expansin potencial encontrado en las arcillas del Valle de Aburr. Sin embargo, los resultados obtenidos, deben de ser depurados por las condiciones de medicin de los especimenes.

Figura 20. Grfico de expansin permanente en arcillas (Tomado del BIA)


25

El fenmeno de expansin produce crecimiento del muro en todas las direcciones. Las fallas tpicas asociadas al fenmeno de expansin de las unidades de arcilla son agrietamientos en las esquinas de muros en L, portantes o no, y trabados, donde se concentran los esfuerzos de crecimiento de ambos muros, los cuales producen fisuras o rotacin de las piezas de las esquinas (figura 21).

Figura 21. Fisuracin en esquina y rotacin de piezas en retraso de fachada

(Tomado del BIA) El fenmeno de expansin permanente afecta de manera significativa los muros colocados como relleno en prticos de hormign cuando stos no se separan adecuadamente. El muro, cuando se expande, es aprisionado por los prticos de hormign (los cuales a su vez se acortan por flujo plstico) y causan interaccin entre los dos materiales y ,en casos de expansin severa, un agrietamiento notable del muro o prdida de estabilidad. 9.1.3.1.3 Corrosin (meteorizacin) La meteorizacin de las unidades de arcilla produce cambios volumtricos que normalmente se expresan como embombamiento de las unidades, en planos paralelos a la direccin de extrusin. El agua libre que transita en las unidades de arcilla produce la disolucin de sales presentes en el material, las cuales son transportadas hacia la superficie cuando ste inicia el proceso de secado. Al saturarse la solucin, se precipitan las sales cerca de la superficie de evaporacin lo que da origen al crecimiento de cristales en los poros, los cuales empujan el material. En el proceso de extrusin cuando se fabrican las unidades de arcilla, por efecto


26

de velocidades diferenciales del material en la boquilla que conforma la pieza, se producen deslizamientos en la materia prima que crean desde la fabricacin, planos potenciales de falla, paralelos a la direccin de salida de la pieza del molde. Esos planos son luego empujados en la formacin de los cristales y normalmente son los responsables del dao de las fachadas de unidades vistas, que fallan en forma de hojas. 9.1.3.2 Unidades de hormign y slice- cal 9.1.3.2.1 Contraccin lineal de secado (CLS) La contraccin lineal de secado es una caracterstica de todos los elementos fabricados con hormign y se presenta tambin en las unidades slico-calcreas.

El fenmeno de la CLS puede ser explicado como un encogimiento en volumen, debido a la prdida de humedad. El fenmeno es reversible, esto es, que si la pieza se humedece nuevamente, se obtendr un crecimiento de la misma.

No existe hasta este momento una teora contundente que describa los mecanismos que dan origen al fenmeno, sin embargo, se estima que est asociado a la carbonatacin de algunos compuestos del cemento y los fenmenos de capilaridad. La contraccin lineal de secado se determina por medio de la Norma Tcnica Colombiana NTC4072 (ASTM C426). Este ensayo da como resultado la contraccin total de las piezas de bloque de hormign, desde la saturacin total hasta una humedad de equilibrio cercana al 17%. En el Instituto Tecnolgico Metropolitano se implement en la investigacin de control de fisuracin en muros de mampostera, el primer laboratorio en Colombia con capacidad de realizar el ensayo.

Los lmites para la CLS estn establecidos en las Normas Tcnicas Colombianas (NTC) para un valor no mayor de 0.065. Los resultados preliminares obtenidas en desarrollo del proyecto de investigacin indican valores promedios de 0.09% con valores individuales hasta de 0.15%, muy por encima de los valores permitidos. En la figura 22, se puede apreciar un ensayo tpico de CLS. La lnea del grfico representa la contraccin promedia de las tres unidades que componen la muestra.


27

Contraccin lineal de secado

0.00

0.07

0.09 0.09 0.09 0.09

0.0000

0.0100

0.0200

0.0300

0.0400

0.0500

0.0600

0.0700

0.0800

0.0900

0.1000

0 5 10 15

Tiempo de secado (das)

Co

ntr

ac

ci

n l

ine

al

de

se

ca

do

(%

)

Figura 22. Grfico de Contraccin lineal de secado

El fenmeno lo ilustra la figura 23. Si una pieza antes de ser colocada en un muro de mampostera es completamente saturada, tendr una longitud de referencia inicial. Una vez el muro se seque hasta una humedad relativa de equilibrio, segn el clima, experimentar una disminucin de tamao debido a la prdida de humedad a lo largo de la lnea del grfico que da como resultado una longitud menor que la de referencia. Si el muro es humedecido nuevamente por efecto de la lluvia u otros factores, la pieza se expandir hasta una nueva longitud de acuerdo al nuevo contenido de humedad.


28

0

20

40

60

80

100

120

0 0.05 0.1 0.15 0.2

CLS (%)

Co

nt

de

hu

med

ad

Figura 23. CLS de una muestra vs contenido de humedad

El American Concrete Institute (ACI) indica los valores de diseo para los muros con base en l os movimientos por CLS total de acuerdo al ensayo ASTM C426, en 0.15*CLS para unidades con control de humedad, y 0.5*CLS para unidades sin control de humedad. Ninguna norma colombiana establece valores de referencia para el diseo por CLS para efectos de control de fisuracin y movimientos. Los efectos visibles de la CLS en la mampostera se reflejan en fisuraciones, normalmente excesivas para valores de CLS altos, separacin de estructuras y dao generalizado de los acabados. En la figura 24 se pueden observar los efectos tpicos de separacin y fisuracin por efecto de la CLS en un muro en bloque de hormign que llena un prtico de hormign reforzado.

Figura 24. Separacin y fisuracin por contraccin lineal de secado


29

9.2 Anlisis de normatividad reciente en el control de fisuracin de muros de mampostera A continuacin se presenta la recopilacin normativa en el tema de control de dao en muros de mampostera, con especificacin directa e indirecta, y su evolucin en el tiempo desde aproximadamente 1980 hasta el presente, en los pases que sirven de referencia a la NSR98. 9.2.1 Cdigo Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes CCCSR-1984. 9.2.1.1 Generalidades El cdigo CCCSR-1984, surgi de la necesidad de adoptar un reglamento nico nacional de construccin, en especial luego de los daos causados por el sismo de Popayn. Antes de 1984, los diseadores de estructuras se basaban en varios cdigos de diseo, como el del Ministerio de Obras Pblicas y transportes (MOPT), los cdigos ACI y el cdigo Uniform Building Code (UBC), para el oeste Americano. Esta situacin generaba que los diseos nacionales se realizaran para cada proyecto con metodologas diferentes, proveyndose diferente grado de desempeo de las estructuras, tanto en nivel de servicio como de resistencia. El desempeo de la mampostera es altamente susceptible a la calidad de la mano de obra y a la supervisin que se realice durante el proceso constructivo. El CCCSR-1984 en el ttulo D.1.2, hace referencia a esta caracterstica de la mampostera y establece adems la necesidad de realizar una inteventoria de obra a cargo de un profesional idneo. 9.2.1.2 Juntas de control La junta de control se define en el CCCSR-1984 como una separacin, usualmente vertical, que se coloca en aquellos sitios donde hay concentracin de esfuerzos, con el fin de ayudar a controlar los movimientos del muro. La junta debe permitir libre movimiento y ser suficientemente resistente para soportar las fuerzas que se requieran. Cada captulo, en el cual se define el tipo de mampostera reconocido por el Cdigo, especificaba los criterios para la localizacin de las juntas de control, los cuales se resumen en la tabla siguiente:


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Especificacin Requisito. Espaciamiento mximo (m)

Sin refuerzo horizontal 12 Refuerzo horizontal de junta con esp. Vertical cada 60cm

13.5

Refuerzo horizontal de junta con esp. Vertical cada 40cm

15

Mampostera no reforzada (segn definicin D.4.1 del CCCSR-1984)


18


12


13.5


15

Mampostera parcialmente reforzada y reforzada (Segn definicin)


20

Mampostera de muros confinados

No hay especificacin -

Mampostera de muros diafragma

No hay especificacin

-

Tabla 3. Espaciamiento mximo de juntas de control en CCCSR-1984 Adicionalmente al espaciamiento enunciado en la tabla 3, se deba proveer junta de control en los siguientes puntos (CCCSR-1984, D.4.8.): - Cambios importantes de altura del muro - Cambio de espesor de muro - Muros sobre juntas de control en fundaciones - En las muescas para columnas, instalaciones, etc. - En uno o ambos lados de huecos o aberturas - En las intersecciones de muros no trabados. Conceptualmente, la normativa representaba bien los sitios de colocacin de juntas, aceptados de forma general, en los cuales se deben proveer juntas de control. Sin embargo presentaba problemas de interpretacin para casos crticos de fisuracin como son los cambios de altura de los muros, al no establecer criterios razonables que permitan establecer que es un cambio importante de altura en un muro. 9.2.1.3 Sobre el material La especificacin aceptada por el CCCSR-1984 para las unidades de arcilla y concreto, se basan en los requisitos de calidad descritos por las Normas ASTM C90 (Especificaciones para Unidades portantes de Mampostera de hormign), C652 (Especificaciones para unidades huecas de arcilla), C34 (Especificaciones para unidades portantes de arcilla) o UBC 24-1


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Unidades de hormign: La norma aplicable era la ASTM C90, que para la vigencia en que fue adoptado el CCCSR-1984, se especificaban dos tipos de unidades: tipo I( con control de humedad), y tipo II (Sin control de humedad). La norma ASTMC90, especifica los valores mximos de contraccin lineal de secado en mximo 0.065%, determinado segn la ASTM C426, en las condiciones mas desfavorables de uso. En Colombia al momento de realizar esta investigacin, no se tiene informacin de ningn productor de bloque que ofreciera al mercado unidades tipo I. Unidades de arcilla: Las normas aplicable ASTM C652 y C34, especifican que los ensayos de caractersticas fsicas se efecten de acuerdo con la norma ASTM C67, la cual especifica un mtodo para determinar la expansin de unidades de arcilla. El mtodo es abierto a cualquier condicin de ensayo, con condiciones ambientales reguladas asegurando la repetibilidad y no presenta precisin en los procedimientos de laboratorio a seguir. Es comn por esta razn, que los textos americanos hagan referencia a que la ASTM no dispone an de un mtodo para determinar la expansin potencial de las unidades de arcilla. La norma no hace referencia a los valores lmites de expansin potencial. Es factible que en un futuro, la norma ASTM incluya un mtodo normalizado para determinar la expansin y de valores lmites debido a que en el proceso de normalizacin, comnmente se van introduciendo los ensayos y mtodos lentamente, mientras se realiza investigacin y la industria se adapta a los cambios que las normas exigen. 9.2.1.4 Sobre los soportes de la mampostera (Estructura) 9.2.1.4.1 Muros sobre placas De forma general, los criterios de deformacin mxima de los elementos estructurales como losas y vigas, se fijan con base en el control de fisuracin de los elementos que soportan y las condiciones de servicio del material propiamente dicho, es decir, la fisuracin propia de las vigas y losas, as como de sus deflexiones. El CCCSR-1984, fijaba los criterios de control de deformacin de losas y vigas mediante el clculo de deflexiones, segn el ttulo C.9.5, y con lmite los valores especificados en la tabla C.9.2. Para los elementos de inters de esta investigacin, la deflexin mxima permitida se encuentra en L/500, con L, la luz libre del elemento de hormign, para elementos no estructurales que pueden ser daados por deflexiones grandes. La deflexin considerada para el diseo es la denominada a largo plazo, sumada con la instantnea por sobrecarga


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Para elementos no estructurales, que no pueden ser daados por deflexiones grandes, la deflexin mxima permitida es de L/250 y se consideran los mismos componentes de carga para el clculo de deflexiones del caso anterior. - Espesor mnimo de elementos de hormign, segn tabla C.9.1:

Elemento Simplemente

apoyado Un apoyo continuo

Ambos apoyos

continuos

Voladizos

Placas Macizas L/20 L/22 L/29 L/10 Vigas o placas con

nervios, armadas en una direccin

L/16 L/18 L/24 L/8

Tabla 4. Espesores mnimos de vigas y placas segn CCCSR-1984 En la prctica corriente, los diseadores utilizaban los valores de la tabla 4, sin calcular las deflexiones de los elementos por el mtodo analtico que corresponde a la verificacin directa de la deflexin de cada elementos contra las deflexiones mximas (L/250 o L/500) 9.2.1.4.2 Muros sobre vigas de fundacin. Los criterios para el calculo de asentamientos de vigas de fundacin de muros no se especificaban en el CCCSR-1984. Los ingenieros de Suelos, aplicaban los valores establecidos por los autores internacionales como mximos de deformacin angular, para fijar el criterio de capacidad admisible del suelo. El fijar la capacidad admisible (Presin mxima de contacto) de los elementos de fundacin, limita los asentamientos esperados de las estructuras y en general se acepta como un mtodo adecuado de diseo. La deformacin angular mxima utilizada por los diseadores en esa poca, vari entre L/500 y L/1200, de acuerdo a las condiciones particulares de cada diseo. 9.2.2 Norma Sismo Resistente Colombiana NSR 98 9.2.2.1 Generalidades La NSR 98, sustituy el CCCSR-1984, a partir de febrero 19 de 1998 por medio de la ley 400 de 1997. La NSR 98, adapta para el ttulo de mampostera, el cdigo ACI 530, la norma UBC, la norma Neozelandesa y algunas investigaciones aisladas en el tema de mampostera realizadas a nivel nacional.


33

La NSR 98 retoma la necesidad de asistir el proceso de construccin de mampostera de un profesional idneo que supervise el proceso constructivo, complementado con la obligatoriedad para proyectos de mas de 3000m2 y la recomendacin para proyectos de menor rea. 9.2.2.2 Juntas de control La NSR98 redefine el concepto de junta de control, como cualquier separacin continua que reduzca la transferencia de esfuerzos, colocada para permitir el desplazamiento controlado relativo de los elementos, o para suspender o controlar constructivamente, los tamaos de los elementos El concepto de junta de control se enriquece en la NSR98, para dar paso a criterios de movimiento interno del muro, bajo condiciones controladas, haciendo clara referencia a los problemas de cambios de volumen y rigidez. Ante la evidencia cierta de los problemas encontrados en la construccin de mampostera, por fisuracin excesiva, la NSR98 ajusta el espaciamiento de las juntas de construccin a 8m para la mampostera estructural, con posibilidad de incremento si existe evidencia tcnica que lo permita. Como se puede observar en la tabla 3, la menor distancia especificada, con la menor condicin de refuerzo es de 12m. Esta reduccin de espaciamiento se ve reflejada directamente en los costos de construccin asociados a las juntas, como es el sellado, la necesidad de unidades especiales y el mantenimiento en el tiempo. Los criterios generales para la ubicacin de las juntas de construccin establecidos en la NSR 98 son los siguientes: - En donde la altura del muro cambie de manera apreciable - En cambios de espesor en la longitud del muro - Cuando est previsto as su funcionamiento en el diseo - En empates con elementos estructurales de funcin diferente y no

integrados a la funcin del muro - En donde haya juntas de control en la fundacin, en las losas o en las

cubiertas - En antepechos de ventanas cuando as se haya previsto 9.2.2.3 Sobre el material En la preparacin de la NSR98, la Asociacin de Ingeniera Ssmica AIS, solicit al ICONTEC, la homologacin de normas de control de calidad de materiales, principalmente las ASTM. Entre las normas homologadas se encontr entre otras, la NTC 4072 (ASTM C426) Determinacin de la contraccin lineal de secado de bloque de hormign, citada por la norma NTC 4026.


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La calidad de materiales utilizados en la construccin de Mampostera estructural especificados por la NSR 98, se resume en el cuadro siguiente, donde se muestra adicionalmente la correspondencia con las normas ASTM Tipo de unidad Normativa

- NTC 4076 (ASTM C129) para unidades no portantes Hormign para

mampostera - NTC 4026 (ASTM C90, +C55), para unidades portantes macizas y huecas.

- NTC 4205 (ASTM C34 +C62+ C652), para unidades portantes de perforacin vertical y macizas Arcilla para

mampostera - NTC 4205 (ASTM C56+C212+C216), para unidades no portantes

Silico-Calcreas - NTC 922 (ASTM C73) Tabla 5. Normas NTC especificadas NSR98 para calidad Mampostera estructural

Al momento de homologacin a normas NTC, la norma ASTM C129 que especifica las caractersticas de los bloques de hormign, distingua dos tipos de unidades: con control de humedad (tipo I) y sin control de humedad (tipo II). En diciembre de 2000, la National Concrete Masonry Asociation, (NCMA), modific la norma ASTM, aboliendo las unidades tipo I y II, retomando los antiguos requisitos de las unidades tipo II, conservando los lmites de contraccin lineal de secado. 9.2.2.4 Soportes de la mampostera (Estructura) 9.2.2.4.1 Muros sobre placas LA NSR98, se caracteriz por incluir en su reglamentacin un control estricto de las condiciones de servicio de las estructuras en toda su vida til, a diferencia del CCCSR-1984 que se concentr en la conservacin de la vida humana luego de un incidente ssmico de importancia. Como es de esperarse, las regulaciones para el control de deflexin de los elementos, se ajust a valores ms exigentes. La NSR 98, fija los siguientes criterios para el control de deflexiones de vigas y losas, con nfasis explcito en el control de dao a particiones. (C.9.5.2) - Calculo de deflexiones Los casos de inters para este trabajo son esencialmente los mismos que los descritos en el CCCSR-1984, pero los valores mximos se redujeron en L/480 para cubiertas o losas que soportan elementos no estructurales susceptibles de dao por deflexiones grandes y a L/240 para elementos que se pueden deteriorar con deflexiones grandes - Espesores mnimos de elementos.


35

La NSR98, dispuso dos tablas de espesores mnimos de elementos, diferenciadas por la funcin de soporte que brinden a elementos frgiles o no. A continuacin se transcriben las dos tablas:

Elemento Simplemente

apoyado Un apoyo continuo

Ambos apoyos continuos

Voladizos

Losas macizas L/14 L/16 L/19 L/7 Vigas o losas con

nervios armadas en una direccin

L/11 L/12 L/14 L/5

Tabla 6. Espesor mnimo de elementos que sostengan elementos frgiles

Elemento Simplemente apoyado

Un apoyo continuo

Ambos apoyos continuos

Voladizos

Losas macizas L/20 L/24 L/28 L/10 Vigas o losas con

nervios armadas en una direccin

L/16 L/18.5 L/21 L/8

Tabla 7. Espesor mnimo de elementos que no sostengan particiones frgiles Prcticamente, la tabla 7 corresponde a la antigua tabla del CCCSR-1984, por lo que se puede afirmar, observando la tabla 6, que los espesores de elementos de hormign que brinden soporte a muros de mampostera se debieron incrementar para control de dao arquitectnico, acorde con la filosofa general de la nueva norma. 9.2.2.4.2 Muros sobre vigas de fundacin. La NSR98, incluye por primera vez en la historia de la normativa nacional, un captulo destinado a la reglamentacin del diseo de los sistemas de fundacin de las edificaciones en el ttulo H. El asentamiento diferencial se define como el hundimiento que se presenta en dos partes diferentes de una estructura. La NSR98, limita los asentamientos diferenciales para fundaciones de muros de carga en mampostera en L/500, y en L/1000 para edificaciones con muros y acabados susceptibles de daarse con asentamientos menores. 9.2.3 Cdigo ACI 530-95 9.2.3.1 Generalidades El cdigo ACI 530-95 especifica en el capitulo 5, los requisitos generales de anlisis y diseo de los elementos de mampostera, en el cual se hace nfasis importante en las condiciones de servicio de los materiales. Esto se


36

evidencia claramente en los comentarios a este cdigo (ACI 530-95/ASCE 5-95/TMS 402-95), en el cual se cita La evaluacin apropiada de los movimientos del edificio, por las diferentes causas, es un importante elemento en el diseo de mampostera. Los bloques de hormign y de arcilla, se comportan de manera muy diferente bajo cargas y condiciones climticas., el comit reconoce la necesidad de investigacin futura en el estudio de las propiedades de los materiales y que los diseadores soliciten informacin a la industria productora de materiales para ubicar apropiadamente las juntas de construccin en los edificios. 9.2.3.2 Juntas de control El cdigo ACI530-95, no especifica directamente los espaciamientos mximos , ni recomendaciones de ubicacin especfica de las juntas de control. Es responsabilidad del diseador, con las caractersticas de cada material, ubicar las juntas en los sistemas de muros de mampostera. Los diseadores disponen de las recomendaciones del Brick Institute of America, BIA, y de la National Concrete Masonry Association, para ubicar las juntas, de acuerdo a cada material. 9.2.3.3 Materiales En el apartado 5.5 del cdigo ACI 530-95, especifica los coeficientes que se deben emplear en diseo para los diferentes tipos de movimiento, los cuales se resumen en la siguiente tabla

Materiales Tipo de movimiento Coeficiente Expansin trmica 7.2x10e-6 mm/(mm*oC) Flujo plstico 0.1x10e-4/MPa Unidades de arcilla Expansin por humedad 3x10e-4 mm/mm Expansin trmica 8.1x10e-6 mm/(mm*oC) Flujo plstico 0.36x10e-4/MPa Contraccin por secado en unidades tipo I

0.15*Sl (Ver nota) Unidades de hormign

Contraccin por secado en unidades tipo II

0.4*Sl (ver nota)

Nota: Con Sl


37

cdigo ACI 318. La norma ACI 318 es uno de los referentes para la redaccin de la NSR98, por lo cual explica las similitudes que se presentan a continuacin. - Clculo de deflexiones Los valores mximos para deflexiones calculadas, son los mismos valores que los adoptados por la NSR98, explicados en la seccin 9.3.2.4.1 - Espesor mnimo de los elementos. Los valores especificados para espesores de elementos que no estn soportando o estn unidos a particiones u otros elementos de la construccin que puedan ser daados por particiones grandes son los mismos que los adoptados por la NSR98, expresados en la tabla 7. 9.2.3.4.2 Muros sobre vigas de fundacin No se encuentran especificaciones para el efecto. 9.2.4 Cdigo ACI 530-99 9.2.5 National Concret Masonry Asociation (NCMA) 9.2.5.1 Generalidades La NCMA, es la autoridad nacional Americana en el tema de la mampostera de Hormign y es miembro del comit de redaccin del cdigo ACI 530. 9.2.5.2 Juntas de control La NCMA, recomienda a travs de la TEK notes on Concrete Masonry Construction, los espaciamientos de juntas, especialmente a travs de TEK 10-1A 10-2A Las TEK notes, recomiendan la ubicacin de juntas de construccin, si son requeridas, en los puntos donde las resultantes de los cambios volumtricos debidos principalmente a CLS, carbonatacin, cambios de temperatura y otros factores, generen tracciones superiores a la capacidad de la mampostera. Las TEK Notes reconocen la dificultad prctica de determinar los puntos de la estructura donde se generan esas situaciones, pero recomiendan varios tipos de control, basados en los puntos de concentracin de esfuerzos y el control emprico e ingenierl de la fisuracin. 9.2.5.2.1 Ubicacin de juntas por concentracin de esfuerzos El National Concrete Masonry Association recomienda la siguiente ubicacin de juntas de acuerdo a criterios de concentracin de esfuerzos: - En los cambios de altura del muro


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- En los cambios de espesor del muro, debidos a empotramiento de tuberas, ductos y machones

- Sobre las juntas de movimiento de las fundaciones - Bajo las juntas de movimiento de los techos y los muros que sostienen

losas - Cerca de uno o ambos lados de aperturas de puertas y ventanas.

Generalmente una sola junta de control es colocada a un lado de aperturas de menos de 1.83m de ancho, y a ambos lados en aperturas mayores de 1.83. Se puede omitir las juntas de control si se coloca refuerzo para atender traccin de manera adecuada sobre y bajo la apertura en los muros.

- Cerca de las esquinas de muros o intersecciones dentro de una distancia menor a la mitad a la distancia del espaciamiento de las juntas.

9.2.5.2.2 Ubicacin de juntas por diseo emprico El control emprico de fisuracin de muros de mampostera se ha desarrollado con base en la experiencia y observacin de edificaciones en diferentes condiciones climticas y geogrficas de los Estados Unidos. El espaciamiento recomendado por la NCMA por diseo emprico, se resume en la tabla 9 El refuerzo recomendado, equivale a la utilizacin de dos barras de 4mm, cada 40cm.

La distancia entre las juntas, no debe exceder el menor criterio siguiente Relacin largo/alto del muro m

1.5 7.62 Notas: 1. Los valores de la tabla, se basan en el uso de refuerzo horizontal con rea

equivalente no menor de 52.9mm2/m de altura, para sostener cerradas las fisuras no esperadas

2. El criterio aplica a unidades con o sin control de humedad 3. Este criterio est basado en la experiencia de comportamiento sobre un amplio

territorio geogrfico de EUA. El espaciamiento de juntas de control, se debe ajustar, disminuyendo a aumentando, donde la experiencia local lo justifique, pero no mayor de 7.62m.

Tabla 9. Espaciamiento emprico de juntas recomendado por la NCMA 9.2.5.2.3 Ubicacin de juntas por diseo ingenierl El diseo ingenieril, se propone por las TEK como un nuevo mtodo desarrollado para producir un control eficiente de la fisuracin en la mampostera de concreto. Su efectividad depende de la confiabilidad en la calidad de los materiales y de la correcta especificacin de construccin.


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El diseo ingenierl, se basa en el Coeficiente de Control de fisuracin (CCC por sus siglas en ingls), que se compone de los diferentes factores que intervienen en los cambios volumtricos del material. El CCC anticipa los movimientos de los materiales que componen la mampostera de Hormign y se expresa como la suma de los movimientos potenciales por CLS, carbonatacin, y cambios de temperatura. Para el clculo de la a porcin del CCC, correspondiente a CLS, se propone se tome el 70% de la CLS total determinada por medio de la norma ASTM C426. Sin embargo, el cdigo ACI 530/95, recomienda utilizar tan solo el 50% de la CLS total. El encogimiento por Carbonatacin, se produce en un perodo largo de tiempo, y no existe un mtodo normalizado para determinar ese valor. Las TEK, recomiendan asumir un valor diseo en 0.00025 como coeficiente de contraccin por carbonatacin. Las TEK recomiendan para el clculo de los cambios volumtricos relacionados con los cambios de temperatura, se determinen mediante la multiplicacin del coeficiente de expansin trmica del hormign, por un gradiente de temperatura de 39oC. Los coeficientes de expansin trmica de unidades de mampostera, los sugiere las TEK notes entre 0.0000045 y 0.0000099 mm/mm/oC, y recomiendan utilizar el valor intermedio de 0.0000081 mm/mm/oC, propuesto por el ACI 530/95. El mtodo ingenieril, propone dos tipos de control posible, con fisuracin controlada y sin fisuracin. 9.2.5.2.3.1 Control de fisuracin con lmite de ancho de fisura El criterio propuesto para este mtodo es limitar el ancho de las fisuras a 0.5mm, debido a que la mayora de los repelentes de agua, solo actan sobre este ancho mximo de fisura. El criterio recomienda utilizar el mayor coeficiente de CLS, para unidades de mampostera que se humedecen por falta de proteccin en obra. La tabla 10 resume las caractersticas de diseo, por el mtodo de control de ancho de fisura, con base en el valor de CCC. Sin embargo, El criterio est basado en un estudio analtico con materiales y condiciones geogrficas diferentes. La localizacin de las juntas se debe ajustar, aumentando o disminuyendo el espaciamiento, de acuerdo con la experiencia local.


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Valor de CCC Caracterstica 0.0010 0.0015

Longitud (m) 7.62 6.1 Dimensiones mximas del panel (Nota 2) Relacin largo/altura 2.5 2 Cuanta de refuerzo mnima horizontal (As/An) 0.0007 0.0007 Notas: 1. As= rea del acero de refuerzo

An= rea neta de la mampostera 2. Las dimensiones mximas del panel , no se aplican para muros con refuerzo

horizontal mnimo de As/An=0.002 3. El criterio de refuerzo mnimo horizontal , no se aplica para muros individuales

con longitud menor a la mitad de la mxima dimensin mostrada 4. CCC menores de 0.0010 se pueden asegurar en algunas reas, y el

espaciamiento de juntas se puede ajustar con el mismo criterio Tabla 10. Espaciamiento de juntas de acuerdo al criterio de CCC

9.2.5.2.3.2 Control de fisuracin, impidiendo totalmente la formacin de las mismas. El mtodo se basa en la hiptesis de que una vez la mampostera de hormign se fisura, la traccin actuante se libera y es transferida al refuerzo en el preciso momento de la formacin de la fisura. El refuerzo para control total de la fisuracin, se calcula de manera que se suministre el rea de acero que bajo fluencia, asuma el esfuerzo de traccin liberado por la mampostera. Este mtodo conduce a cuantas altas de refuerzo, del orden de As/An=0.0020, con fisuras de 0.5mm debidas a la elongacin plstica del acero, pero permite la construccin de paneles continuos de muros sin juntas, en relaciones largo/alto y longitud, mayores que los sugeridos con el mtodo de ubicacin de juntas. 9.2.5.3 Sobre el material Las TEK notes, reconocen en general, la importancia de que las unidades de mampostera, se ajusten a los parmetros de calidad, en especial en lo referido a la CLS, establecidos por las normas, como base para el control de fisuracin. Igualmente recomiendan ajustar los diseos, a los valores especificados en el cdigo ACI530 y para algunos casos, recomiendan valores de diseo mas conservativos que este ltimo, con el fin de adaptarse a condiciones climticas regionales.


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9.2.5.4 Soportes de mampostera 9.2.5.4.1 Muros sobre placas Las TEK notes recomiendan limitar la deflexin de miembros que proveen soporte vertical a los muros de mampostera no reforzada de hormign, a valores menores o iguales a l/600, pero no mas de 0.3mm, debidos a carga muerta y carga viva. Igualmente recomiendan la ubicacin de refuerzo perpendicular a la ubicacin probable de las fisuras que puedan ocurrir por las deflexiones, limitando de esta manera el ancho de fisura y la divisin de los muros en paneles, mediante juntas de control. 9.2.5.4.2 Muros sobre vigas de fundacin Las recomendaciones de las TEK, se centran en la evaluacin realista de la capacidad portante del estrato de fundacin, sin mas requisitos o recomendaciones relevantes, a excepcin de reforzar las vigas de fundacin 9.2.6 Brik industry Asociation (BIA) 9.2.6.1 Generalidades El Brick Industry Association, antes denominado Brick Institute of America, es un organismo que agrupa los principales productores de unidades de arcilla en Estados Unidos de America. El BIA, es adems miembro del comit de redaccin del cdigo ACI 530. 9.2.6.2 Juntas de control El BIA, a travs de las Tecnical notes on Brick Construction (TNBC), recomienda algunos criterios de diseo y detallado de juntas. Las TNBC diferencian los tipos de juntas como de expansin, control, aislamiento de edificios y de construccin (o junta fra). Para efectos de esta investigacin, interesan de manera primordial los dos primeros tipos de juntas, los cuales se definen a continuacin. Juntas de expansin: Son las utilizadas para separar los muros de mampostera en segmentos, con el fn de prevenir la fisuracin debida a cambios de temperatura, expansin por humedad, deformacin elstica debida a las cargas y flujo plstico. Las juntas de expansin pueden ser horizontales o verticales. Las juntas se conforman con material altamente elstico, colocado de manera continua y sin obstrucciones a travs del muro. Para permitir que las juntas se cierren como resultado de el incremento en


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tamao del muro por expansin. Recomiendan ubicarlas en sitios donde la integridad estructural del muro no se vea comprometida. Juntas de control: Las definen como las utilizadas solo en mampostera de concreto, cuya funcin principal es abrirse como resultado de la CLS. 9.2.6.2.1 Espaciamiento de juntas verticales de expansin Las TNBC hacen referencia a que no se puede establecer un criterio nico que permita establecer la ubicacin de juntas de expansin, que sea aplicable a todas las estructuras. Cada edificacin debe ser examinada para determinar la magnitud de los movimientos esperados y con ellos, ubicar los sitios de juntas de expansin. Generalmente el espaciamiento de las juntas de expansin, se determina considerando la magnitud del movimiento esperado de cada muro y la compresibilidad y tamao del material que conforma la junta de expansin. Las TNBC, recomiendan el calculo de la expansin no restringida de un muro de ladrillo por medio de la siguiente frmula:

LTKtKrKemu *)*( D++= (1) Donde : mu= Movimiento no restringido total de la mampostera, mm ke= Coeficiente de expansin de la mampostera (mm/mm) kr= Coeficiente de expansin por congelamiento (mm/mm) kt= Coeficiente de expansin trmico (mm/mm/oC) AT= Cambio de temperatura de la mampostera (oC) L= Longitud total del muro (mm) Las TNBC notes, recomiendan utilizar los coeficientes establecidos en el ACI 530 para el caso de expansin y calentamiento (trmico). Para el caso de congelamiento, recomiendan utilizar 0.0002mm/mm, aclarando que la expansin solo se obtiene si el ladrillo est completamente saturado y la temperatura baja de 10oC. La ecuacin (1), arroja un estimativo del movimiento del muro, pero recomiendan incluir otras variables como el grado de restriccin del muro, la deformacin elstica por cargas, flujo plstico del ladrillo y contraccin y flujo plstico del mortero de pega. Las TNBC notes no incorporan como tomar en cuenta estas variables en los clculos. El cambio de temperatura AT, se estima como la diferencia entre la temperatura mxima (o mnima) a que va estar trabajando el muro, menos la temperatura de construccin. La temperatura mxima (o mnima ) del muro,


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depende de la densidad del mismo, su color , orientacin respeto al sol y si est aislado trmicamente o n. El valor de AT para Estados Unidos puede variar de acuerdo a la zona entre 10oC y 70oC, lo cual corresponde con el valor promedio especificado por las TEK notes para unidades de hormign. (39oC). El espaciamiento de las juntas de expansin, para muros sin aberturas (ventanas, puertas, etc), se recomienda ser calculado mediante la formula 2

100*)*(*

Tktkrkeeiwi

SD++

= (2)

Donde: S= Espaciamiento de las juntas de expansin (cm) Wi= Ancho de la junta de expansin (cm) Ei= Extensibilidad del material de lleno de la junta de expansin (%) Las juntas de expansin, se disean para parecer una junta de mortero, por lo cual su ancho usualmente es de 10 a 13mm. Los rangos de extensibilidad de los sellantes usualmente varia entre 25 a 50% y su profundidad debe ser aproximadamente igual que la mitad del ancho de la junta de expansin. La compresibilidad de los respaldos del sellante1 puede llegar hasta el 75%. Adicionalmente, recomiendan que el espaciamiento de las juntas se analice econmicamente y de acuerdo a las condiciones particulares de cada estructura, aumentando ligeramente el espaciamiento de las juntas de expansin si es requerido, pero con riesgo calculado, por ejemplo, para adaptarse a las distancias entre columnas. La recomendacin general es que no excedan 9.1m en muros sin aberturas. 9.2.6.2.2 Ubicacin de juntas de expansin verticales Las recomendaciones de ubicacin de juntas, establecidas por el BIA en sus TNBC, son: - Esquinas - Retrasos de fachadas - Aberturas en el muro - Intersecciones de muros

1 Los respaldos del sellante usualmente son cilindros de espuma, utilizados para conservar una profundidad constante del sello ahorrando material que adems proporciona una superficie de reaccin para dar acabado al sello.


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- Cambios de altura del muro - Parapetos. - Muros sobre vigas susceptibles de deflexiones - Cambios de exposicin ambiental del muro El BIA, no establece recomendaciones muy diferentes a las enunciadas por otros cdigos, excepto el caso de parapetos, retrasos en fachada, muros sobre vigas y cambios de exposicin ambiental, las cuales se explican a continuacin. Retrasos de fachada: Debido a la expansin de cada plano retrasado, el fragmento de muro perpendicular o unidad de mampostera que los une, sufrir una rotacin con fisuracin asociada (Ver figura 21) Parapetos: Los parapetos se encuentran expuestos por tres caras a la accin ambiental con excesos de humedad y temperatura, sustancialmente diferentes a los muros inferiores. Adicionalmente, no soportan carga muerta que ayude a restringir el muro. El BIA, recomienda que las juntas de expansin se prolonguen a travs de los parapetos y que adicionalmente podran requerirse juntas de expansin adicionales en el centro del tramo de muro, que rematen en una junta horizontal de expansin en la base del parapeto Muros sobre vigas: Debido a la deflexin de los elementos, recomiendan reducir el espaciamiento de las juntas verticales para que los paneles de muro, se acomoden sin fisuracin. Cambios de exposicin ambiental de los muros: Cuando un muro de fachada, se prolonga al interior de la edificacin, los segmentos de muro quedan sometidos a condiciones climticas diferentes, originando movimientos diferenciales. Una junta de expansin debe separar los segmentos que estn bajo condicin de exposicin diferente. 9.2.6.2.3 Juntas de expansin horizontales El BIA, recomienda la ubicacin de juntas de expansin horizontales para muros que no sean portantes, en especial para aquellos soportados en prticos flexibles de hormign, sujetos a deriva ssmica. Las juntas horizontales de expansin, usualmente se conforman colocando los muros de mampostera sobre ngulos pernados a las estructuras de concreto, piso a piso. Entre cada pao de un nivel, se deja un espacio horizontal entre la ltima hilada de mampostera y el ngulo que brinda soporte para el siguiente nivel. La junta horizontal es llenada de la misma manera que una junta vertical.


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La junta horizontal se disea de acuerdo a los movimientos esperados de la mampostera y el prtico. 9.2.6.3 Sobre el material El BIA, recomienda utilizar para el diseo de los elementos, los coeficientes de cambios volumtricos establecidos por el cdigo ACI 530. Igualmente hace nfasis en la importancia de considerar los esfuerzos inducidos en la mampostera y los elementos adyacentes a sta, debidos a los cambios volumtricos por expansin, cambios de temperatura y flujo plstico. Aclara adems que los valores asumidos por el cdigo ACI 530, son los valores medios para expansin y temperatura, y el valor especificado para el flujo plstico, se encuentra en los lmites superiores observados. 9.2.6.4 Soportes de mampostera 9.2.6.4.1 Muros sobre placas El BIA, recomienda ampliamente en la TNBC No 18, parte 1, para el diseo de los muros de mampostera en arcilla, estructural o no, el uso de juntas de expansin para controlar los movimientos de los prticos y placas contra los muros, de tal manera que no introduzcan esfuerzos o restricciones causando fisuracin o desplazamientos. 9.2.6.4.2 Muros sobre vigas de fundacin El BIA, observa que los muros de unidades de arcilla, sobre el nivel de la fundacin se expandirn, mientras la viga de concreto se encoger, lo que causar un movimiento diferencial entre el muro y la fundacin, que dar origen a tensiones de cortante que generarn que el muro se salga longitudinalmente de la fundacin. El BIA, describe las fisuras debidas a asentamiento por se en forma de cua, es decir, que inician amplias en el sitio de contacto del elementos de soporte, sea una viga o ngulo de soporte, y se cierran progresivamente mientras ascienden en el muro. No establece recomendaciones generales para el control de dao, excepto el Bond break (roptura de adherencia), en la interfase entre los soportes y la mampostera, con previsiones especiales para las zonas ssmicas y de cargas de viento altas. 9.3 El fenmeno de la expansin de las unidades de arcilla El fenmeno de la expansin de las unidades de arcilla es poco conocido en el medio de la construccin y sus efectos son comnmente mal


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diagnosticados en los estudios patolgicos, siendo atribuidos a otras posibles causa de movimiento. Segn Grimm, slo hasta 1954 se reconoci el fenmeno de la expansin de las piezas cermicas para mampostera, a pesar de ser conocido en otros tipos de cuerpos cermicos desde mucho antes. Pases como Estados Unidos, Inglaterra, Espaa y Australia han trabajado en la determinacin de datos experimentales han permitido desarrollar especificaciones de diseo. En Colombia, solo se ha encontrado como antecedente el trabajo de grado realizado por Gloria Ayala, con la Asesora de la Ingeniera Claudia Garca, integrantes del grupo de Cermicos y Vtreos de la Universidad Nacional, el cual se analiza en la seccin 9.3.5.1 9.3.1 Explicacin qumica del proceso de expansin En el enfoque bsico presentado anteriormente, se explica el fenmeno de expansin a partir de la integracin de agua a la estructura sin una explicacin qumica del proceso. A continuacin se presenta una descripcin del fenmeno qumico que da origen a la expansin. Tcnicamente, la expansin de las unidades de arcilla cocida, es el resultado de un proceso que se desarrolla en las estructuras que conforman la pieza cermica y que no es reversible a las temperaturas normales de trabajo de un muro construido. Durante el proceso de produccin, los componentes de la cermica roja, usualmente arcillas cuarzos y feldespatos, son sometidos al proceso de coccin o quema en el cual se desarrollan procesos termodinmicos y qumicos. Los fundentes presentes en la mezcla que compone la pieza, principalmente feldespato sdicos y potsico, alcanzan una fase lquida viscosa a temperaturas superiores a los 700oC. Los feldespatos fundidos, atacan qumicamente el cuarzo el cual es suministrado principalmente por las arenas, disolvindolo parcialmente y creando una accin cementante sobre los granos. Las arcillas normalmente se funden a las temperaturas comunes de coccin de 900oC y son envueltas por las redes cristalinas de feldespatos una vez baja la temperatura. Sin embargo algunas arcillas permanecen sin fundir y con fases amorfas con alta capacidad de reaccin y absorcin de agua..


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Segn Fernndez, las arcillas, pierden el agua de constitucin entre los 400 y 600oC en el proceso de cocido a travs de la separacin de los grupos (OH)- de la fase cristalina y son expulsados en forma de vapor de agua. La prdida de los grupos (OH)- convierte por ejemplo la caolinita en un cuerpo amorfo conocido con el nombre de metacaoln. Fernndez, describe el proceso de expansin de la manera siguiente: El metacaoln, tiene una superficie especfica notablemente mayor que la caolinita. La densidad de carga elctrica en la superficie de las partculas es mas alta, presentando una mayor capacidad de reaccin y de absorcin. La presencia de fases amorfas como el metacaoln en una pieza cocida, es muy peligrosa, pues representa un producto inestable, que va absorbiendo humedad del medio ambiente a lo largo de meses e incluso aos despus de su puesta en obra, dando lugar a dilataciones, que pueden causar desperfectos de mucha gravedad. Durante la coccin, se deben crear las condiciones necesarias, sobre todo en lo referente a temperatura y tiempo de coccin para formar nuevas fases cristalinas a partir de las fases amorfas presentes en la pieza, logrando un producto estable frente a la humedad ambiental 9.3.2 Efecto de la humedad de exposicin de las unidades Algunos investigadores han reportado que la velocidad de expansin de un ladrillo est asociada directamente a las condiciones de exposicin a la humedad de las unidades. A mayor humedad relativa, la expansin de las unidades es mayor. Muros que presentan diferentes grados de exposicin a la humedad, como aquellos que hacen parte de fachadas que luego se prolongan al interior de la construccin, sufrirn expansiones diferenciales debidas a la condicin de exposicin. Los mtodos de laboratorio para determinar la expansin de las unidades de arcilla, se basan en la exposicin a condiciones severas de humedad y temperatura, que permitan determinar la expansin a largo plazo, en un periodo de tiempo razonablemente corto. En la seccin 12.3 se detallan algunos procedimientos de laboratorio empleados para determinar la expansin a largo plazo. Trabajos realizados por Smith y McDowall y Birtwistle, en la dcada de 1970, realizaban los estimativos de expansin de las unidades de arcilla para un perodo de 60 aos. La estimacin se obtena a partir de la expansin determinada a los 127 y 30 das, bajo condiciones de exposicin de humedad relativa del 50%+-20%. Los valores de expansin hallados en esos trabajos, para una muestra de 27 productores de Estados Unidos y afectados con su


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desviacin estndar, son los que se conservan hasta la actualidad como valores de diseo para el fenmeno de expansin en la norma ACI530. 9.3.3 Efecto del proceso de horneado El proceso de horneado es un factor importante en el comportamiento final a expansin de las unidades de arcilla. La literatura reporta (BIA, TNBC note 18) que unidades cermicas, constituidas por la misma materia prima, experimentarn mayor expansin si son cocidas a baja temperatura respecto a las cocidas a temperaturas mayores. De acuerdo al tipo de horno en que se fabriquen las unidades, en una coccin se pueden presentar diferencias internas de temperatura que afectarn las propiedades finales de las unidades, incluyendo como es de esperarse la expansin por humedad. Los hornos utilizados antiguamente como el pampa, son constituidos por un cajn refractario con quemadores en sus zonas bajas. Este tipo de horno puede presentar diferencias entre la temperatura de coccin de las partes altas (zonas fras) y la de las partes bajas (zonas calientes), que pueden ser del orden de 200 a 300oC. Los hornos tipo Hoffman, son constituidos por cmaras de coccin refractarias, en las cuales el material es apilado. La diferencia bsica, es que en el horno Hoffman, el fuego se mueve y el material permanece esttico. La forma de alimentacin del fuego, asegura diferencias mximas de temperatura de 100oC en las diferentes zonas del horno. En el horno circular (o de llama invertida), las diferencias de temperatura d

control fisura muros mamposteria

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