smica de la mampostería a en la República Mexicana Normatividad sísmica s

Transcripción

1 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Normatividad sísmica s smica de la mampostería a en la República Mexicana Leonardo Flores 1 Boca del Río, Veracruz, 1 de diciembre de 2005

2 Reglamentos de Construcción 2 Constitución de los EU Mexicanos Articulo 115. los estados adoptaran, para su régimen interior, la forma de gobierno republicano, representativo, popular, teniendo como base de su división territorial y de su organización política y administrativa el municipio libre, conforme a las bases siguientes: V. Los municipios, en los términos de las leyes federales y estatales relativas, estarán facultados para:. f) Otorgar licencias y permisos para construcciones; En lo conducente y de conformidad a los fines señalados en el párrafo tercero del articulo 27 de esta Constitución, expedirán los reglamentos y disposiciones administrativas que fueren necesarios;

3 Reglamentos de Construcción Artículo 115 de la Constitución, fracción V: Le confiere a los municipios las facultades para formular su Reglamento de Construcción 2466 municipios en el país Aproximadamente 70 reglamentos de construcción 3

4 Reglamentos de Construcción Estudio realizado por CENAPRED y SEDESOL (2002): Recopilación y estudio de 40 reglamentos (13 estatales y 27 municipales) 4 (Sánchez T., 2002)

5 1

6 Resultados del muestreo 45% no cuentan con NTC. Indican usar NTC del DF, Manual CFE o códigos de otros países 25% de los reglamentos no especifica coeficientes sísmicos 75% manejan coeficientes sísmicos consistentes con el manual de CFE 6 Sólo el RC de Guerrero solicita considerar aceleraciones verticales (0.75 de c s )

7 Antecedentes: Normas para mampostería Diseño por esfuerzos permisibles Fatigas de trabajo Coeficiente de seguridad = 1/10 Piedra braza, mortero de cal y arena 10 kg/cm² Piedra braza, mortero cemento arena 20 Ladrillo rojo macizo prensado 12 Ladrillo rojo macizo hecho a mano 6 Ladrillo ligero de cemento macizo 3 Ladrillo hueco de concreto 5 Adobe 1 7 Cimiento de piedra Arcos Cúpulas Muros altos aislados (tipo frontón) Muros de carga Muros de relleno Chimeneas

8 Antecedentes: Normas para mampostería Diseño por esfuerzos permisibles Capítulo XXVI. Mampostería Usar un FS=2.5 a pruebas de compresión en pilas de 2 o más piezas; en bloques, hacer prueba en piezas y tomar 0.4f b Como alternativa: Piedra braza, mortero de cemento 20 kg/cm² Piedra braza, mortero de cal 10 Tabique rojo macizo hecho a mano Esfuerzo cortante accidental: 0.7 f m

9 Antecedentes: Normas para mampostería En muro estructural: castillos en intersecciones de muros castillos en extremos de muros dala en todo extremo horizontal f c =140 kg/cm², A s 0.1f c / f y anillos de 6 20 cm 9 Muro con refuerzo interior: Sustituir castillos y dalas por refuerzo con cuantía suficiente para un comportamiento adecuado

10 Antecedentes: Normas para mampostería Se crean las Normas Técnicas Complementarias Formato de diseño moderno y racional; Diseño por factores de carga y resistencia; Propiedades mecánicas de materiales; Resultados experimentales; Evidencia del comportam. de estructuras 10

11 Antecedentes: Normas para mampostería Fotos: II-UNAM 11 Investigaciones del Instituto de Ingeniería de la UNAM, en la década de los piezas a compresión 450 pilas a compresión 350 muretes a compresión diagonal 195 muros de entre 2x2 m y 3x3 m

12 Fotos: Instituto de Ingeniería 12

13 Antecedentes Sismos Daños en estructuras de mampostería durante los sismos de 1985: a) Fallas en muros diafragma (no considerados en el diseño) b) Viviendas de materiales débiles dañadas (adobe, piedra) c) Viviendas de bloque y tabique dañadas (agrietamientos previos) 13

14 Antecedentes Sismos En general, las estructuras de mampostería representativas de las NTCM-76 presentaron un buen comportamiento Pero en el RCDF-87 se aumentaron los coeficientes sísmicos; para compensar: F R =

15 Antecedentes Normas para mampostería y NTCM-87 Surgen a raíz de los sismos de 1985: En general no hubo modificaciones sustanciales Reorganización de las disposiciones Simplificación de métodos de diseño NTCM-95 Prácticamente sin cambio

16 Contenido de las NTCM Notación 1. Consideraciones Generales 2. Materiales para Mampostería 3. Especificaciones Generales de Análisis y Diseño 4. Muros Diafragma 5. Mampostería Confinada 6. Mampostería Reforzada Interiormente 7. Mampostería No Confinada Ni Reforzada 8. Mampostería de Piedras Naturales 9. Construcción 10. Inspección y Control de Obra 11. Evaluación y Rehabilitación Apéndice Normativo A Criterio de Aceptación

17 Normas para materiales Piezas Cemento Cemento de albañilería Cal hidratada Agua NMX-C-404-ONNCCE NMX-C-036 NMX-C-414-ONNCCE NMX-C-021 NMX-C-003-ONNCCE NMX-C

18 Norma NMX-C ONNCCE (Ensaye: CENAPRED) Tabla 2. Resistencia a la compresión Tipo de Pieza Resistencia, MPa Bloques 6 Tabique (Ladrillo) recocido 6 Tabique (Ladrillo) extruido 10 (hueco vertical) Tabicones 10 18

19 Piezas macizas y huecas Pared interior espesor 13 mm Pared exterior espesor 15 mm Ejemplos de piezas multiperforadas altura espesor longitud área bruta perforación espesor 15 mm espesor 7 mm área neta 19 celda área neta área bruta 0.5

20 Piezas huecas Pieza hueca: se admite pared exterior 15 mm, pero no menos de 50% del área neta siempre huecos verticales Criterio: Evitar falla explosiva 20 (Ensaye: CENAPRED) CENAPRED

21 Proporcionamientos para mortero en elementos estructurales Tipo de mortero I II Partes de cemento hidráulico Partes de cemento de albañilería Partes de cal hidratada 1 0 a ¼ 1 0 a ½ 1 ¼ a ½ 1 ½ a 1 III 1 ½ a 1¼ Partes de arena 1 No menos de 2.25 ni más de 3 veces la suma de cementantes en volumen Resistencia nominal en compresión, f j *, MPa El volumen de arena se medirá en estado suelto

22 Ensaye de pilas de mampostería carga carga altura pieza altura mortero 22 carga espesor espesor longitud Factor correctivos para pilas con diferentes relaciones altura a espesor Relación altura a espesor de la pila Factor correctivo

23 Ensaye de pilas de mampostería (Pruebas: CENAPRED) 23 CENAPRED

24 (Pruebas: CENAPRED) 24 (Pruebas II-UANL) Diagrama de esfuerzos sobre la diagonal Compresión Tensión

25 Valores índice de la resistencia a compresión y a cortante f p * f m * v m * ( = 0.25 f m * ) Tipo de pieza Morter o I Morter o II Morter o III Morter o I Mortero II y III Tabique macizo de arcilla (artesanal) Tabique de arcilla huecos verticales (extruido o prensado) Bloque hueco de concreto (semi-industrializado) Tabique macizo de concreto (tabicón)

26 Reglamentación Mexicana Las NTC-2004 consideran la contribución del acero: P = F F (f * A + SA f R ) (2) R E m T s y y como alternativa en mamp.. confinada P = F F (f * R R E m + 4) A (3) T donde F R =

27 GEOMETRÍA DE LOS MODELOS MCP-0 Mocheta MCP-1 y MCP-2 27 (12x12) (16x20) 4#3 4#5 E #2@17 cm E #@19 cm Castillos (10x40) #3@15 cm (12x30) 4#3 E#2@15 cm Dala-losa

28 MECANISMO TRASMISOR DE CARGA Celda de carga Trabe corta Gato hidráulico barras 38 mm (1¼ pulg.) de alta resistencia Viga de acero robusta Losa y dala de repartición 28

29 ENVOLVENTES ec,2: (f m *A T + SA s f y ) MCP-2 P (t) 200 ec,2 MCP-1 ec,2 MCP-0 (f m *+4)A T 100 f m *A T d (mm) (Ensaye: CENAPRED)

30 (Ensaye: CENAPRED) 30

31 31 (Ensaye: CENAPRED)

32 Resistencia a fuerza cortante Fuerza cortante que toma la mampostería V mr = F R (0.5 v m * A T P) 1.5 F R v m * A T Fuerza cortante que toma el refuerzo horizontal V sr = F R η p h f yh A T 32

33 Resistencia a fuerza cortante Cuantía p h de refuerzo horizontal (usando kg/cm²): Mínima: Máxima: p h V mr F R f yh A T 3 f yh f p 0.3 m * 12/f yh h f yh 9/f yh piezas macizas piezas huecas 33

34 Factor de eficiencia h η 3 kg/cm² V mr p h f yh FR A T 0.3 f m* 12 kg/cm², piezas macizas 9 kg/cm², piezas huecas p h fyh 6 9 kg/cm²

35 Distribución de deformaciones a lo largo de las diagonales (espécimen M4) Diagonal Diagonal D2 D (Ensaye: CENAPRED) Diagonal Diagonal D1 D1

36 Factor de eficiencia del refuerzo horizontal 36 Eficiencia, h % D-R N2 N3 M3 WBW-B M-072 WBW-E V s = h p h f y A T M p h f y, MPa 1 kg/cm² = MPa Confinada, maciza, refuerzo horizontal Confinada, maciza, malla y mortero Confinada, extruida, refuerzo horizontal Escalerilla (no permitida) M1 N4 M4 NTC-M 2004 M

37 Envolventes de respuesta 37 Esfuerzo cortante, MPa extruido tradicional (Aguilar, 1997) ph = ph = ph = ninguno primer agrietamiento inclinado resistencia, V máx Distorsión, mm/mm

38 Hipótesis de la sección plana 1/3 Deformaciones ε m = ε c = Esfuerzos f s f s f s f s f m * f c 38 f j *, mortero en el colado =? despreciarlo f m

39 Hipótesis de la sección plana 2/3 (Ensaye: CENAPRED) Modelo 3D Roseta 45 (CENAPRED) Ciclo Deformación, %

40 Hipótesis de la sección plana 3/3 6t ε m = f m * f s Deformaciones Esfuerzos f m *, de las piezas huecas sin relleno (Daño por huracán Wilma 2005) ε m = f c f s Deformaciones f s Esfuerzos 40

41 Resistencia a flexocompresión (opcional) castillo Tensión F = 0.6 R P R d d mampostería P u castillo Compresión (5.3.1) M R = (1.5F R M o +0.15P R d) 1 P u P R (ec. 5.6) 41 F R = 0.8 R 3 0 Resistencia a tensión pura P R M R = F R M o + 0.3P ud interpolación F R M 0 M u (ec. 5.5)

42 Mampostería a adecuadamente reforzada con dalas y castillos: Separación de dalas = 3 m Dala en pretiles losa Castillos en pretiles H Castillo en todo extremo de muro y a una separación = 4 m 1.5H Refuerzo en el perímetro de aberturas 42 Castillos en intercepción de muros

43 Mampostería a adecuadamente reforzada con dalas y castillos: Refuerzo en aberturas si dimensión > ¼ separación de castillos 600 mm abertura que no requiere refuerzo separación de castillos separación de castillos 43

44 Refuerzo alrededor de ventanas 44 (Oaxaca, 1999) Estos muros NO se pueden considerar de mampostería confinada!

45 Construcción de los modelos MV-1 MV-2 45 (Ensaye: CENAPRED)

46 Envolventes de respuesta MV-2 Fuerza cortante, t MV-1 Teórica Nominal Teórica experimental Distorsión, mm/mm

47 Requisitos para mampostería confinada A s 0.2 f c f y t ² en tres o más barras (5.1.1.e) castillo interior (5.1.2) t muro castillo t (5.1.1.c) t piezas del muro celdas rellenas con concreto, f 12.5 MPa c estribo h c t (5.1.1.c) estribo Concreto: f 15 MPa c t piezas del muro h c tres o más barras (5.1.1.e) PLANTA 47 (Ensaye: CENAPRED)

48 Requisitos para mampostería confinada t 100 mm 100 mm h c t dala pieza pieza pieza s 200 mm 1.5 t (5.1.1.g) t t ELEVACIÓN Dala o refuerzo en losa dala estribo A sc s f y h c (5.1.1.g) castillo ELEVACIÓN 200 mm s 1.5 t (5.1.1.g) Conexión entre elementos 48

49 Capítulo 6. Mampostería Reforzada Interiormente p h + p v p h ; (6.1.1) A sv s v t p h p v p v A = s h t = sh A sv sv t A (6.1.1) sh s h H t (6.1.7) 30 t 100 mm 49

50 Requisitos para mampostería reforzada interiormente separación 3 m s v s v 6 t 800 mm ( ) t s v ( ) ventana 6 t 800 mm s h 6 hiladas 600 mm ( ) Dos celdas consecu tivas con refuerzo en: extremo de muro intersección de muros a cada 3 m 3 m hilada PLANTA Detalle 1 3 m ELEVACIÓN DETALLE 1 50

51 Refuerzo con malla y mortero, NTC-M, RCDF 2004 separación máxima de 450 mm (y anclar a castillos y dalas) f 450 mm jj Mortero tipo I, * 12.5 MPa 15 mm ( ) 2 veces separación de alambres verticales mortero s h Detalle 1 51 Alambres horizontales de la malla: V sr = F R η p h f yh A T rodear bordes mortero

52 Rehabilitación con malla y mortero 800 (Ensaye: CENAPRED) Cortante basal, kn D 3D-R Distorsión Nivel 1, mm/mm 52

53 Método simplificado La fuerza cortante en el muro es proporcional a su área transversal; Ignora los efectos de torsión y de momento de volteo a) El 75% de las cargas verticales están soportadas por muros continuos en elev.; Muros ligados mediante losas resistentes y rígidas; Distribución de muros simétrica; Área efectiva = A T F AE 53

54 Método simplificado L F = AE H donde (3.4) F AE b) Longitud / ancho de planta 2. c) Altura / ancho de planta 1.5; y altura del edificio 13 m. 2 54

55 Método simplificado Entrepiso j Y e s,j F A F A AE AE i T i +1 T i i +1 dirección de análisis x i Centro de Cortante del entrepiso j B j x i+1 X n i =1 x F i A e s,j = n 0.1B j F A i =1 AE i AE i T i ( a) T i 55 Requisito para considerar distribución simétrica de muros

56 Distribución de fuerzas por rigideces muro 2 muro 3 muro1 muro Fuerza cortante, t envolvente muro1 muro 2 muro Distorsión, mm/mm muro 3

57 Métodos detallados Muros regulares: columnas anchas. Distribución compleja: elementos finitos, puntales y tensores, etc... Muros diafragma: paneles unidos en las esquinas con el marco. 57 Prototipo Columna ancha Elemento finito

58 Módulo de elasticidad (Proyecto de Norma Mexicana) l 0 σ f m σ 2 = 0.4 f m σ ,00005 ε 2 ε

59 Módulos de elasticidad y de cortante Cargas de corta duración: E m = 800 f m * piezas de concreto (2.5) E m = 600 f m * barro y otras (2.6) Para todos los casos: E m = 350 f m * cargas sostenidas (2.6 y 2.8) G m = 0.4 E m (2.9) 59

60 Métodos de análisis Modelado de muros como columna ancha vigas con extremos rígidos dentro del ancho del muro dirección del análisis columnas ubicadas en el centro del muro y con las propiedades del mismo 6t t dirección del análisis PLANTA t 6 t 6 t Modelo de columna ancha Ancho del patín a compresión 60

61 Métodos de análisis Modelado de losas con vigas o dalas Restricción de losas, dinteles y pretiles. muro muro t losa muro losa ancho equivalente losa con trabe o dala 4t losa 4t losa pretil t losa incluir pretiles (sección transformada) sólo losa 3t losa 61

62 Fachada del edificio (eje A) Vista del eje A

63 Modelo de marco equivalente para análisis (columna ancha) Marco equivalente del eje A 63

64 Modelo de marco equivalente para análisis (columna ancha) Zona de momento de inercia infinito Marco equivalente del eje A 64

65 Momentos flexionantes a lo largo de la altura del muro 5 5 Nivel Muro como voladizo Análisis del conjunto como marco 3 2 Muro como voladizo 1 1 Análisis del conjunto como marco Momentos en muro Momentos, en t-m Momentos en muro A 65 (Meli, 1992)

66 Comparación de esfuerzos cortantes obtenidos con dos métodos (dir. X) Esfuerzo cortante promedio del análisis simplificado 1.62 (1.68) 1.62 (0.78) 1.62 (0.78) 1.62 (1.68) 1.62 (1.07) 1.44 (0.89) 1.44 (0.89) 1.62 (1.07) 1.62 (1.10) 1.62 (1.11) 1.62 (1.10) 66 Esfuerzo cortante promedio del análisis dinámico (Meli, 1992)

67 Comparación de esfuerzos cortantes obtenidos con dos métodos (dir. Y) Esfuerzo cortante promedio del análisis simplificado 1.4 (0.92) 1.4 (0.84) 1.4 (0.66) 1.4 (0.91) 1.4 (0.66) 1.4 (0.84) 1.4 (0.92) 1.4 (1.38) 1.4 (0.87) 1.4 (1.03) 1.4 (1.03) 1.4 (0.87) 1.4 (1.38) 67 Esfuerzo cortante promedio del análisis dinámico (Meli, 1992)

68 Métodos de análisis (Ensayes: mesa vibradora II-UNAM) Análisis 3D: Columna ancha Ligas rígidas entre columnas anchas; desplazamientos ligados en nudos de unión 68 Mismo desplazamiento vertical Zona rígida

69 Distorsión lateral inelástica γ inelástica = Q γ fza reducida muros diafragma piezas macizas, confinada y con refuerzo horizontal o mallas a) piezas macizas, confinada; b) piezas huecas, confinada y reforzada horiz.; c) piezas huecas, confinada y ref. con malla piezas huecas, con refuerzo interior mampostería no confinada ni reforzada interiormente. 69

70 Distorsión lateral inelástica: Piezas macizas, confinada Histéresis Fuerza cortante, kn Distorsión angular, mm/mm Envolventes Distorsión, mm/mm

71 Factor de comportamiento sísmico Mampostería confinada Q = 2 (piezas macizas) Q = 1.5 (piezas huecas) Mampostería reforzada interiormente Q = 1.5 (piezas huecas) Mampostería no confinada ni reforzada Q = 1 71