MESA REDONDA: Requerimientos en el proyecto estructural y cambios necesarios a las Normas Técnicas Complementarias de Mampostería del RCDF JORGE RUIZ GARCÍA Profesor-Investigador Titular Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo 7º. Simposio Nacional sobre Ingeniería Estructural Cuernavaca, 7 de octubre de 2011 en la Vivienda
Reconocimiento Dr. Oscar Hernández Basilio (F.I. UNAM) M. en I. Eduwin G. Pérez Leal (FT Construcciones) Dr. Sergio M. Alcocer (I. de I., UNAM) Dr. Gerardo Aguilar Ramos (I. de I., UNAM) M. en I. Leonardo Flores Corona (CENAPRED) Dr. Jesús Alvárez Sereno (UMSNH) Dr. Arturo Tena Colunga (UAM-A) Dr. Juan José Pérez-Gavilán Escalante (I. de I., UNAM) SMIE y Comité Organizador del 7º SNIEV
Motivación Fotos tomadas de: Valenzuela (2009) En la actualidad existe un creciente interés en la construcción de edificaciones de mampostería con más de 4 niveles, principalmente en centros urbanos de gran densidad poblacional como la ciudad de México, donde se limitan los espacios habitacionales.
Motivación Este hecho implica la adecuación de la normatividad vigente para dotar a los profesionistas con guías que permitan proporcionar construcciones que tengan un buen comportamiento durante su vida útil. Asimismo, las filosofías de diseño basadas en el control de la respuesta (desempeño) requieren una estimación adecuada de la resistencia y capacidad de deformación de los elementos.
Cambios/Incorporaciones Mampostería postensada Resistencia a cortante Distorsiones permisibles
Cambios/Incorporaciones Mampostería postensada Resistencia a cortante Distorsiones permisibles
Tomado de: VSL report, Suiza. Mampostería postensada El concepto de mampostería postensada no es nuevo, se empezó a emplear desde el siglo XIX (1800 s) en Gran Bretaña. Por ejemplo, en 1825, se empleó durante la construcción de tuneles para salvar el Rio Tamesis. Asimismo, en 1956, F.J. Samuely empleó pilastras de mampostería postensada en la construcción de escuelas. En la actualidad, se sigue empleando en otros países (como Suiza).
Mampostería postensada Ensayes de mampostería postensada en los EU y NZ (Rosenboom y Kowalsky, 2004; Laursen y Ingham, 2004)
Mampostería postensada Ensayes de mampostería postensada en Latinoamérica (Urrego y Bonnet, 2008; 2011) Especímenes de mampostería postensada
Mampostería postensada Desde 1985, guías par el diseño de mampostería postensada se incluyeron en la normatibidad inglesa, mientrás que desde 1999 se incluyeron recomendaciones de diseño en la normatividad americana (Masonry Standard Joint Committee) Por ejemplo, la ecuación para calcular el momento resistente se determina como:
Mampostería postensada Propuesta mexicana de mampostería postensada (Hernández y Aguilar, 1983) Especímenes Especímenes de mampostería postensada
Mampostería postensada Propuesta mexicana de mampostería confinada y postensada (Ruiz-García y Pérez-Leal, 2010; 2011) Se prevé que a futuro se utilicen muros postensados con piezas de mampostería industrializadas de mejor calidad que las actuales
Mampostería postensada Propuesta mexicana de mampostería confinada y postensada (Ruiz-García y Pérez-Leal, 2010; 2011) M (MN-m) 1.80 1.50 1.20 0.90 0.60 0.30 0.00 H/L=1.79 sin tendones H/L=1.79 Post=0.4 fpu H/L=1.00 Sin tendones H/L=1.00 Post=0.4 fpu H/L=0.63 sin tendones H/L=0.63 Post=0.4 fpu 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Φ (1/m) M (MN-m) 1.80 M (MN-m) 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 Sin tendones Post=0.2 fpu Post=0.4 fpu Post=0.6 fpu Post=0.8 fpu 0.00 0.01 0.02 0.03 φ (1/m) 1.50 1.20 0.90 0.60 0.30 0.00 Sin tendones d=9.5 mm (3/8') d=12.7 mm (1/2') 0.000 0.010 0.020 0.030 φ (1/m) Se incrementa la capacidad a flexión en el plano para cualquier relación de aspecto (H/L). Asimismo, la carga adicional de presfuerzo incrementa la resistencia a cortante del muro Sin embargo, debe considerarse que disminuye la capacidad de deformación.
Mampostería postensada Propuesta mexicana de mampostería confinada y postensada (Ruiz-García y Pérez-Leal, 2010; 2011) 1.5 1.0 0.5 P (MN) Sin tendones d=9.5mm (3/8') d=12.7mm (1/2') 1.5 1.0 0.5 P (MN) Sin tendones Presf=0.4 fpu presf=0.6 fpu Presf=0.8 fpu 0.0 0.0-0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 M (MN-m) -0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 M (MN-m) Se incrementa la capacidad a flexo-compresión, lo cual representa una opción muy atractiva para el diseño de edificios altos de mampostería.
Cambios/Incorporaciones Mampostería postensada Resistencia a cortante Distorsiones permisibles
Resistencia a cortante Conceptualmente, la resistencia a cortante (capacidad máxima ante cargas laterales en su plano) de un muro de mampostería estaría dada por: Las NTCM adoptan la siguiente ecuación, basada en un criterio de falla de Coulomb (Meli, 1975): De esta manera, las NTCM ignoran la contribución de los castillos a la resistencia ante cargas laterales (S5.4.1)
Resistencia a cortante Evidencia experimental (Aguilar y Alcocer, 1997) Tomado de: Aguilar y Alcocer (1997)
Resistencia a cortante Basado en ensayes experimentales, existe evidencia de que la ec. 5.7 (sin factor de reducción) predice la carga asociada al primer agrietamiento, pero no predice la resistencia de muros de mampostería confinada. Con base en evidencia experimental, se propone la siguiente envolvente para muros de mampostería confinada (Flores y Alcocer, 1996). Es necesario considerar la acción de dovela para predecir la resistencia a cortante en muros de mampostería confinada.
Relación de aspecto Cabe notar que la gran mayoría de los especímenes ensayados, tenían una relación altura/longitud, H/L, (relación de aspecto) igual a 1. La relación de aspecto esta relacionada con la interacción flexión-cortante en un muros de mampostería
Relación de aspecto Las deformaciones por flexión son más importantes en muros esbeltos que en muros robustos
Relación de aspecto Consideración de la relación de aspecto en las NTCM-2004 (S3.2.3.3) V mr = F AE F R v m A T + 0.3P Donde F AE es un factor de área efectiva No existe reducción para muros cuadrados y robustos. F AE 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 H / L Existe reducción para muros esbeltos.
Relación de aspecto Existe evidencia experimental la cual indica que la resistencia a cortante disminuye conforme se incrementa la relación de aspecto (muros esbeltos) y se incrementa conforme disminuye la relación de aspecto (muros robustos) respecto a la resistencia de un muro cuadrado. Vo-resistencia a cortante de un muro cuadrado Tomado de: Alvárez, J.J. (1996)
Relación de aspecto Programa experimental del II-UNAM y SMIE (Pérez-Gavilán, Flores, Alcocer) H/L=2.13 1.48 1.18 0.96 H/L=0.58 0.40 H/L=0.27 Cortesía del Dr. J.J. Pérez-Gavilán (2011)
Relación de aspecto Programa experimental del II-UNAM y SMIE (Pérez-Gavilán, Flores, Alcocer) Cortesía del Dr. J.J. Pérez-Gavilán (2011) La ec. (5.7) debería de considerar la relación de aspecto para estimar la resistencia de muros de mampostería confinada.
Factor de eficiencia Eficiencia de los alambres horizontales (Ruiz, 1995, Ruiz y Alcocer, 1998) Distribución no-uniforme del esfuerzo en los alambres horizontales Definición del factor de eficiencia para considerar la no-uniformidad de los alambres horizontales Resistencia efectiva Resistencia nominal
Factor de eficiencia Sin embargo, el factor de eficiencia se propuso con base en resultados experimentales de muros cuadrados (H/L=1)
Cambios/Incorporaciones Mampostería postensada Resistencia a cortante Distorsiones permisibles
Distorsiones permisibles Revisión de distorsiones permisibles NTC-Mampostería NTC-Sismo Cuando no existen elementos estructurales Ligados a la estructura:
Distorsiones permisibles Revisión de distorsiones permisibles NTC-Mampostería NTC-Sismo (Apéndice A) para evitar el colapso
Distorsiones permisibles ED 2 ED 1 Datos Datos mediana muestral percentil 16 y 87 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Distorsión, [%] P[ED 1 >ed 1 ] 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Dato ajuste lognormal ajuste Weibull Prueba K-S, 10% de significancia 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 Distorsión, [%] P[ED 2 >ed 2 1.00 ] 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Data ajuste Lognormal ajuste de Weibull Prueba K-S, 10% de significancia 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 Distorsión, [%] Tomado de: Ruiz García, J. (2010)
Distorsiones permisibles La distorsión asociada al ED2 depende del tipo de pieza. Sin embargo, las distorsiones permisibles son independientes del tipo de pieza. Tomado de: Ruiz García, J. (2010)
Distorsiones permisibles Resultados de ensayes en mesa vibradora (Alcocer y cols) Arias (2005) Tomado de: Barragán y Alcocer (2006) Arias (2005)
Conclusiones La mampostería postensada es una opción muy atractiva para la construcción mexicana de edificaciones de mampostería. Se sugiere su incorporación en la normatividad mexicana. La ec. 5.7, sin factor de reducción, predice razonablemente la carga lateral asociada al agrietamiento de la mampostería. Sin embargo, es necesario considerar la contribución de otros mecanismos para predcir la resistencia ante cargas laterales (como la contribución del concreto y acero de los castillos). La influencia de la relación de aspecto debería considerarse para calcular la resistencia ante cargas laterales, así como el factor de eficiencia en muros confinados con refuerzo interior.
Conclusiones La distorsiones permisibles deberían considerar el tipo de pieza La distorsiones permisibles establecidas en la NTC-M deben ser compatibles con la distorsiones permisibles indicadas en las NTC-S.
Conclusiones!Gracias por su atención!