Curso de Edificaciones de Mampostería Rehabilitación n de estructuras de mampostería Leonardo Flores Corona SMIE Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural, A.C. Oaxaca, Oax., 11 y 12 de julio de 2008 1
Objetivos de la rehabilitación Aumentar resistencia Incrementar rigidez Mejorar capacidad de deformación inelástica Restablecer/mejorar el comportamiento de la estructura original para devolverle su funcionalidad 2
Agrietamientos Grieta, fisura, cuarteadura, Se generan cuando los esfuerzos en el elemento exceden la resistencia del material (pieza, junta). Por lo tanto, acusan la distribución de esfuerzos en el momento del daño Es posible identificar el fenómeno que provocó dicho agrietamiento 3
Agrietamientos y modos de falla Tensión diagonal Distorsión angular: Fuerza horizontal o asentamiento diferencial Cortante Relación resistencia de piezas adherencia en la junta 4
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7 Normas Técnicas Mampostería RCDF Capítulo 11 Evaluación y Rehabilitación Necesidad de evaluación Proceso de evaluación Investigación y documentación de la edificación y de las acciones que la dañaron Clasificación del daño en los elementos de la edificación
Normas Técnicas Mampostería RCDF Evaluación del impacto de elementos dañados en el comportamiento de la edificación Determinación de la necesidad de rehabilitación 8
NTCM, RCDF: Sección 11.3 Rehabilitación Apuntalamiento y rehabilitación temporales y demolición Conexión entre elementos existentes y materiales o elementos nuevos Reparación de elementos Refuerzo Construcción, supervisión y control de calidad 9
10 Evaluación global de la estructura Reparación local vs. Proyecto global Configuración estructural Simetría Regularidad en planta y en elevación Escasez de muros (redundancia) Choque con otras estructuras Tipo de cimentación Tipo de material para la mampostería Modalidad de refuerzo
Evaluación Configuración estructural Fecha de construcción Reglamento vigente en la construcción Daño en eventos anteriores, técnica de rehabilitación previa Planos arquitectónicos, estructurales, memoria de cálculo 11
Evaluación Croquis de la estructura con ubicación y dibujo de los agrietamientos Tamaño de grieta Verificar coincidencia de las grietas a ambos lados del muro 12
Técnicas de rehabilitación A carga vertical: Inserción de castillos Marcos de concreto ref. o de acero Muros de concreto Otros A flexión: Castillos, malla, placas de acero, cables 13
Técnicas de rehabilitación A carga lateral: Reparación de grietas (resina, mortero, ) Grapas o bandas de malla en las grietas Alambres horizontales sujetos en los extremos Encamisado con mortero (solo, fibras) Malla y recubrimiento de mortero Fibras sintéticas y resinas 14
Técnicas de rehabilitación Placas metálicas Contraventeo con cables Diagonales de concreto reforzado Cables de postensado Otros 15
Técnicas de rehabilitación según la condición de daño V D agr 0,1 5 10 D M D 80 30 D Anchura de grieta, mm Resina Epóxica Mortero Epóxico Mortero de Cemento Encamisado Inserción de barras Reemplazo Inyección 16
17 Refuerzo con fibras de carbono Refuerzo con fibras de carbono
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19 Refuerzo con malla y mortero, NTC-M, RCDF 2004 separación máxima de 450 mm (y anclar a castillos y dalas) mortero 450 mm s h jj Mortero tipo I, f * 12.5 MPa 15 mm (5.4.4.1) Detalle 1 Alambres horizontales de la malla: V sr = F R η p h f yh A T 2 veces separación de alambres verticales rodear bordes mortero
INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL PARA REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA 20
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Marco de carga e instrumentación 22
23 Espécimen MV-1 Espécimen MV-1
24 Espécimen MV-2 Espécimen MV-2
12 9 6 3 0-3 -6 Curvas de histéresis Curvas de histéresis MV-1 MV-2 Fuerza cortante, t -9-0.012-0.006 0 0.006 0.012-0.006 0 0.006 0.012 Distorsión, mm/mm 25
26 Procedimiento Apuntalar la zona del castillo a reparar; Demoler el extremo del castillo y reconstruirlo; Reemplazar las zonas con piezas más dañadas; adas; Relleno de grietas mayores de 3 mm en mampostería; a; Malla de alambre 6x6-10/10, conexión n con clavos para concreto de 50 mm @ 45 cm; Aplanado de mortero (2.5 cm)
27 Apuntalamiento Seleccionar castillos que deban ser reparados
28 Demolición de parte de los castillos y reconstrucción
29 Reemplazo de piezas en zonas muy dañadas
30 Relleno de grietas Relleno de grietas Grietas mayores a 3 mm en mampostería Uso de mortero cemento:arena 1:3
31 Colocación de la malla Colocación de la malla Dar la vuelta a la malla Malla 6x6-10/10 ambos lados Clavos @ 45 cm
Colocación de malla Limpieza de la pintura Malla 6x6-10/10 Pegada al muro Clavos de concreto de 50 mm @ 45 cm Rodear los bordes Traslape de 2 alambres (30 cm) 32
33 Colocación del mortero Colocación del mortero Mortero cemento:cal:arena 1:¼:3.75, f j = 100 kg/cm² Espesor 2.5 cm
34 MV-1R, Final, Dist. = 0.008 MV-1R, Final, Dist. = 0.008
35 Fractura de los alambres Fractura de los alambres
36 MV-2R, Final, Dist. = 0.01 MV-2R, Final, Dist. = 0.01
Cortante, t 37 Curvas de histéresis Curvas de histéresis 30 20 MV-1R MV-2R 10 0-10 -20-30 -0.012-0.006 0 0.006 0.012 Distorsión, mm/mm -0.006 0 0.006 0.012
38 Envolventes de respuesta Envolventes de respuesta 35 30 25 20 15 10 5 0 MV-1R Teórico con mortero V u, RDF MV-2 Fuerza Cortante, t Fuerza Cortante, t MV-1 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 Distorsión, mm/mm MV-2R
39 Rehabilitación de estructuras de mampostería con malla y mortero
40 Etapas de la rehabilitación Etapas de la rehabilitación Modelo 3DR
41 Rehabilitación y patrón de agrietamiento Rehabilitación y patrón de agrietamiento
42 Envolventes 3D y 3DR (CENAPRED) Envolventes 3D y 3DR (CENAPRED) 800 600 400 200 3D 3D-R Cortante basal, kn Cortante basal, kn 0 0 0.005 0.01 0.015 Distorsión Nivel 1, mm/mm
Resistencia a fuerza cortante Fuerza cortante que toma la mampostería V mr = F R (0.5 v m *A T + 0.3 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 43
44 Factor de eficiencia η Factor de eficiencia η 0.3 MPa η V mr p f h yh F R A T F R A T p h f yh 0.3 f m * 1.2 MPa, piezas macizas 0.9 MPa, piezas huecas 0.6 0.2 p h f yh MPa 0.6 0.9
45 Eficiencia, η % 100 Factor de eficiencia del refuerzo horizontal 80 60 40 20 3D-R N2 N3 M3 WBW-B M-072 WBW-E V s = η p h f y A T M-147 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 p h f y, MPa 1 kg/cm² = 0.0981 MPa Confinada, maciza, refuerzo horizontal Confinada, maciza, malla y mortero Confinada, extruida, refuerzo horizontal Escalerilla (no permitida) M1 N4 M4 NTC-M 2004 M-211 1.8
46 Técnicas usadas en casos de asentamientos diferenciales
47 Posibles geometrías, asentamiento concentrado (escalón) a) b) c) d)
48 Ejemplo de condición de carga resultante de reforzar los elementos Cimentación rígida Peso de parte de la estructura Elemento rigidizado (muros o cimentación) a) b) c) Zona en voladizo Estructura a) b) Peso de la estructura Peso de la estructura c)
49 Dividir y desligar Dividir y desligar Deformación cuerpo 1 Tapajuntas cuerpo 2 refuerzo Daño a futuro muro desligado
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53 Casos ejemplo, rehabilitación de viviendas dañadas por sismo
54 Demolición total y construcción Demolición total y construcción
55 Reemplazo de elementos Reemplazo de elementos Foto: R. Martín n del Campo
56 Reconstrucción: Malla y mortero como refuerzo adicional Foto: R. Martín n del Campo
57 Adición de castillos y dalas Adición de castillos y dalas Fotos: J. Tejeda
58 Unidad habitacional, 1999 Unidad habitacional, 1999
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63 Detalle del daño Detalle del daño
64 Geometría y dimensiones Geometría y dimensiones A B C 150 300 A B C 6 150 300 1 460 72 156 156 390 4 250 5 12 2 75 900 6 7 Baja 300 6 Sube 100 3 3 156 160 PLANTA ALTA PIEZAS DE MAMPOSTERÍA PLANTA BAJA 60 650
65 Levantamiento de daños Levantamiento de daños PLANTA BAJA PLANTA ALTA
66 Propuesta de rehabilitación Propuesta de rehabilitación muro de concreto castillos externos de 15x15 cm muros de concreto Reparación de la escalera (en su caso) PLANTA BAJA muro de concreto PLANTA ALTA
67 Rehabilitación reemplazando muros de planta baja por mampostería confinada
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70 Ubicación de muros dañados Ubicación de muros dañados Grietas inclinadas en mampostería, 2 a 3 mm PLANTA BAJA PISO 1
71 Ubicación de muros dañados Ubicación de muros dañados Grietas inclinadas en mampostería, hasta 1 mm PISO 2 PISO 3
72 Sistema de piso y distribución de cargas Sistema de piso y distribución de cargas Sistema de vigueta y bovedilla Cargas en los muros en dirección Y
Opción de rehabilitación Método simplificado: V Rx = 30 t < V u = 55 t V Ry = 167 t > V u Longitud requerida, malla 6x6-10/10 = 16 m Longitud total = 19 m 73
Detalles de la rehabilitación Detalles de la rehabilitación CORTE Aplanado de mortero malla pegada al tabique clavo (doblado o amarrado) arandela clavo tipo Hilti Anclaje a la cimentación Rodear extremos de muros PLANTA 74
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Como mampostería reforzada: V Rx = 78 t < V u = 326 t V Ry = 109 t < V u PLANTA Resultados del Método simplificado (v m *=3 kg/cm²): Como mampostería no reforzada: V Rx = 45 t < V u = 489 t V Ry = 63 t < V u 77
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Conclusiones 79 Evaluación n global del comportamiento de la estructura. Influencia de la rehabilitación n en el comportamiento general (cambio de modos de falla). Simetría a y regularidad en planta y elevación. Redundancia. Estudio técnico t y económico para seleccionar la mejor opción.
Recomendaciones Simetría en planta y en elevación Reducir entrantes y salientes Continuidad vertical en los muros (cumplir con los requisitos para el método simplificado). Densidad de muros suficientes en ambas direcciones. Evitar columnas cortas y plantas bajas débiles. 80