LA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL EN MÉXICO

Transcripción

1 LA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL EN MÉXICO Roberto Meli Instituto de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México

2 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 d.c.

3 TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL TEMPRANA Construcción temprana, tipo fortificación El convento de Izamal, Yucatán, Siglo XVI

4 TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL Miles de edificos religiosos y civiles Construcciones más atrevidas Iglesia parroquial de un pequeño poblado de Jalisco

5 TRADICIÓN DE MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL Empleo de mampostería en arcos, bóvedas y cúpulas. Convento de Santo Domingo en Oaxaca

6 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

7 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

8 SISTEMA DE PISO TRADICIONAL, NO MONOLÍTICO

9 TECHO QUE NO FORMA DIAFRAGMA. EMPUJE FUERA DEL PLANO

10 FALLA DE EDIFICIO SIN PISO-DIAFRAGMA Volteo de la parte central de muros Grietas por tensión diagonal Caída del sistema de piso

11 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 muro muro muro losa

12 EDIFICIO DE VIVIENDA DE MAMPOSTERÍA CONFINADA La solución más común para vivienda unifamiliar Hasta cinco pisos Buen desempeño sísmico y ante asentamientos diferenciales

13 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

14 EDIFICIO DE MAMPOSTERÍA CONFINADA

15 MAMPOSTERÍA CONFINADA. DETALLE DE REFUERZO EN HUECOS

16 EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA EN ZONAS NO SÍSMICAS Edificio para vivienda de 17 pisos en Basilea, Suiza Ladrillo de barro de 30 cm de espesor

17 EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA EN REGIONES DE ALTA SISMICIDAD Edificio de ocho pisos de mampostería reforzada en San Diego, California

18 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 s m m P L A N T A

19 EVOLUCIÓN DE LAS PIEZAS PARA MAMPOSTERÍA Evolución lenta Poco a poco está desapareciendo el tabique artesanal Difusión de ladrillos industrializados de bajo costo Disminución de dimensiones

20 PRINCIPALES ESTUDIOS EXPERIMENTALES Propiedades de las piezas y morteros Propiedades básicas de la mampostería Comportamiento de muros con distintas características Comportamiento de sistemas estructurales

21 PROPIEDADES DE PIEZAS Y MORTEROS Ensayes para determinación de valores representativos y dispersión Primero en la Cd. de México, después en otras regiones

22 CARACTERÍSTICAS DE PIEZAS HUECAS pared exterior espesor 15 mm pared interior espesor 13 mm área bruta altura de la pieza espesor de la pieza longitud de la pieza celda a) Piezas huecas área neta área bruta área neta 0.5 perforación espesor 15 mm espesor 7 mm b) Ejemplos de piezas multiperforadas

23 PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS Desarrollo de métodos de prueba carga Pruebas en compresión en pilas Pruebas de compresión diagonal en muretes pieza mortero espesor altura Relación con propiedades de componentes carga

24 PRUEBA DE COMPRESIÓN DIAGONAL Básica para estimar resistencia a cortante altura carga Relación con esfuerzo de agrietamiento diagonal en muros Determinación de valores normativos longitud carga altura longitud ( )

25 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

26 ENSAYES DE MUROS DE MAMPOSTERÍA REFORZADA

27 CARACTERÍSTICAS DE LOS CICLOS DE HISTÉRESIS Disipación de energía Estabilidad Degradación Ejemplo de curva de histéresis Carga lateral envolvente Distorsión, θ

28 RESULTADOS BÁSICOS DE LA CURVA ENVOLVENTE Carga de agrietamiento diagonal Carga lateral R máx λr R λr R a R máx R máx Carga 2º ciclo 0.8R máx Carga máxima 0.8R máx Distorsión de agrietamiento Distorsión a la falla ó θ (A.8.1) θ Rmáx para piezas macizas para piezas huecas

29 RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS HUECAS Muros de ladrillo hueco con bajas cuantías de refuerzo interior Comportamiento frágil

30 RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS SÓLIDAS Muros de mampostería confinada de ladrillos sólidos Presentan mayor ductilidad y disipación de energía

31 Efecto del acoplamiento Rigidez Relación flexióncortante Comprobación de modelos de análisis ENSAYES DE MUROS ACOPLADOS

32 CONFIGURACION DE AGRIETAMIENTO ESPÉCIMEN WBW-E

33 ESPÉCIMEN WBW-B 600 Fuerza cortante, kn Agr Agr Distorsión angular, mm/mm

34 PRUEBA DE EDIFICIO DE DOS PISOS Comprobación de resultados en muros aislados Comprobación de modelos de análisis

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36 EFECTO DEL REFUERZO EN EDIFICIO DE DOS PISOS Modelo 3D-R reforzado con malla

37 PRUEBAS EN MESA VIBRADORA Pruebas en vivienda de adobe Pruebas en modelos de mampostería de ladrillo

38 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

39 MAMPOSTERÍA CONFINADA 3 m separación de dalas (5.1.1.b) dala en pretiles 500 mm losa castillos en pretiles (5.1.1.a) H dala en todo extremo de muro y a una distancia no mayor de 3 m (5.1.1.b) castillos en intersección de muros (5.1.1.a) refuerzo en el perímetro de aberturas (5.1.3)

40 MAMPOSTERÍA CONFINADA. REQUISITOS DE UBICACIÓN DE CASTILLOS t 100 mm (5.1.4) castillos en extremos de muros e intersecciones H t 30 (5.1.4) PLANTA separación de castillos (5.1.1.b) 4 m 1.5H

41 MAMPOSTERÍA CONFINADA. REFUERZO EN HUECOS Refuerzo en aberturas si dimensión > ¼ separación de castillos 600 mm abertura que no requiere refuerzo separación de castillos separación de castillos

42 MAMPOSTERÍA CON REFUERZO INTERIOR H t 30 (6.1.7) A sv (6.1.1) s v t t 100 mm (6.1.7) A sh (6.1.1) s h

43 REFUERZO INTERIOR junta de mortero s h hilada 6 hiladas 600 mm ( y ) refuerzo horizontal pieza A sh espesor de juntas 6 mm espesor de junta espesor de junta 10 mm, mecanizada 15 mm, artesanal (sin refuerzo, ) 12 mm, mecanizada 15 mm, artesanal (con refuerzo, ) ELEVACIÓN d b 10 mm ( ) 3.5 mm d b ¾ espesor de junta ( )

44 DETALLES DE APAREJO rellenar ambas celdas ( ) refuerzo o ductos pieza hueca pieza multiperforada nivel de colado si se interrumpe la construcción refuerzo o ducto ( ) relleno de celdas aparejo en forma cuatrapeada ( )

45 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

46 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

47 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

48 COMPORTAMIENTO ANTE CARGAS LATERALES

49 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

50 ANÁLISIS REFINADO Comportamiento tridimensional Modelos de columna ancha Modelos de elementos finitos Problemas de no linealidad y de continuidad

51 MODELO DE COLUMNA ANCHA Considera el acoplamiento Vigas ficticias infinitamente rígidas Elementos con rigidez infinita Rigidez del muro

52 ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS Modelo tridimensional Elementos placa Limitaciones

53 ACOPLAMIENTO DE MUROS muro muro muro losa ancho equivalente t losa losa con trabe o dala 4t losa 4t losa

54 MUROS DIAFRAGMA Rigidizan marcos flexibles de concreto o acero ¼H V R,columna Importante contribución a la resistencia y rigidez a cargas laterales H Carga V R,columna ¼H Cuidar asimetrías y discontinuidades V R,columna ½Carga

55 MUROS DIVISORIOS Solución 1 Solución 2 elementos para evitar el volteo t 100 mm CORTE castillos o refuerzo interior

56 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

57 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

58 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

59 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