LA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL EN MÉXICO Roberto Meli Instituto de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México 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. 600-900 d.c. TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL TEMPRANA • Construcción temprana, tipo fortificación El convento de Izamal, Yucatán, Siglo XVI 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 TRADICIÓN DE MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL • Empleo de mampostería en arcos, bóvedas y cúpulas. Convento de Santo Domingo en Oaxaca 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 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 SISTEMA DE PISO TRADICIONAL, NO MONOLÍTICO TECHO QUE NO FORMA DIAFRAGMA. EMPUJE FUERA DEL PLANO FALLA DE EDIFICIO SIN PISO-DIAFRAGMA Volteo Volteo de de la la parte parte central central de de muros muros Grietas Grietas por por tensión tensión diagonal diagonal Caída Caída del del sistema sistema de de piso piso m u ro muro • 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 EVOLUCIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO l a s o EDIFICIO DE VIVIENDA DE MAMPOSTERÍA CONFINADA • La solución más común para vivienda unifamiliar • Hasta cinco pisos • Buen desempeño sísmico y ante asentamientos diferenciales 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 EDIFICIO DE MAMPOSTERÍA CONFINADA MAMPOSTERÍA CONFINADA. DETALLE DE REFUERZO EN HUECOS 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 EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA EN REGIONES DE ALTA SISMICIDAD Edificio de ocho pisos de mampostería reforzada en San Diego, California 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 ≤ 3 0 0 m m P L A N T A 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 PRINCIPALES ESTUDIOS EXPERIMENTALES • Propiedades de las piezas y morteros • Propiedades básicas de la mampostería • Comportamiento de muros con distintas características • Comportamiento de sistemas estructurales PROPIEDADES DE PIEZAS Y MORTEROS • Ensayes para determinación de valores representativos y dispersión • Primero en la Cd. de México, después en otras regiones CARACTERÍSTICAS DE PIEZAS HUECAS pared interior espesor ≥ 13 mm área bruta pared exterior espesor ≥ 15 mm área neta altura de la pieza longitud de la pieza celda espesor de la pieza área bruta área neta a) Piezas huecas perforación espesor ≥ 15 mm espesor ≥ 7 mm b) Ejemplos de piezas multiperforadas ≥ 0.5 PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS • Desarrollo de métodos de prueba carga • Pruebas en compresión en pilas altura pieza • Pruebas de compresión diagonal en muretes mortero espesor carga • Relación con propiedades de componentes PRUEBA DE COMPRESIÓN DIAGONAL • Básica para estimar resistencia a cortante carga altura • Relación con esfuerzo de agrietamiento diagonal en muros • Determinación de valores normativos altura ≈ longitud longitud (2.8.2.1) carga 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 ENSAYES DE MUROS DE MAMPOSTERÍA REFORZADA CARACTERÍSTICAS DE LOS CICLOS DE HISTÉRESIS • Disipación de energía Carga lateral envolvente Ejemplo de curva de histéresis • Estabilidad Distorsión, θ • Degradación RESULTADOS BÁSICOS DE LA CURVA ENVOLVENTE C a rg a la te ra l • Carga de agrietamiento diagonal C a rg a ≥ 0 .8R m á x 2 º ciclo R m áx ≤ λ R λR ≥R a R m áx R m áx ≥ R 0.8 R m áx • Carga máxima • Distorsión de agrietamiento 0 0 0 .0 0 6 ó 0 .0 0 4 • Distorsión a la falla (A .8 .1) θR m áx ≤ 0 .0 0 6 p a ra p ie za s m acizas 0 .0 0 4 p a ra p ie za s h u e ca s θ RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS HUECAS • Muros de ladrillo hueco con bajas cuantías de refuerzo interior • Comportamiento frágil RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS SÓLIDAS • Muros de mampostería confinada de ladrillos sólidos • Presentan mayor ductilidad y disipación de energía ENSAYES DE MUROS ACOPLADOS • Efecto del acoplamiento • Rigidez • Relación flexióncortante • Comprobación de modelos de análisis CONFIGURACION DE AGRIETAMIENTO ESPÉCIMEN WBW-E ESPÉCIMEN WBW-B Fuerza cortante, kN 600 Agr 300 0 -300 Agr -600 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 Distorsión angular, mm/mm 0.015 PRUEBA DE EDIFICIO DE DOS PISOS • Comprobación de resultados en muros aislados • Comprobación de modelos de análisis EFECTO DEL REFUERZO EN EDIFICIO DE DOS PISOS • Modelo 3D-R reforzado con malla PRUEBAS EN MESA VIBRADORA • Pruebas en vivienda de adobe • Pruebas en modelos de mampostería de ladrillo 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 MAMPOSTERÍA CONFINADA dala en pretiles ≥ 500 mm separación de dalas 3m (5.1.1.b) 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) refuerzo en el perímetro de aberturas (5.1.3) castillos en intersección de muros (5.1.1.a) MAMPOSTERÍA CONFINADA. REQUISITOS DE UBICACIÓN DE CASTILLOS t ≥ 100 mm (5.1.4) castillos en extremos de muros e intersecciones PLANTA H ≤ 30 (5.1.4) t 4m separación ≤ de castillos 1.5H (5.1.1.b) MAMPOSTERÍA CONFINADA. REFUERZO EN HUECOS Refuerzo en aberturas si > dimensión ¼ separación de castillos 600 mm separación de castillos abertura que no requiere refuerzo separación de castillos MAMPOSTERÍA CON REFUERZO INTERIOR Asv H ≤ 30 t (6.1.1) (6.1.7) t ≥ 100 mm (6.1.7) Ash (6.1.1) sh sv t REFUERZO INTERIOR junta de mortero pieza hilada Ash espesor de juntas ≥ 6 mm sh ≤ 6 hiladas 10 mm, mecanizada espesor ≤ 15 mm, artesanal de junta 600 mm (5.4.3.2 y 6.4.3.2) (sin refuerzo, 9.2.2.1) 12 mm, mecanizada espesor ≤ de junta 15 mm, artesanal refuerzo horizontal (con refuerzo, 9.2.2.1) ELEVACIÓN ≥ db 10 mm (3.3.4.3) 3.5 mm ≤ db ≤ ¾ espesor de junta (3.3.2.2) DETALLES DE APAREJO rellenar ambas celdas (9.2.2.3) refuerzo o ductos pieza hueca pieza multiperforada refuerzo o ducto relleno de celdas nivel de colado si se interrumpe la construcción (9.2.2.3) aparejo en forma cuatrapeada (9.2.2.2) 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 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 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 COMPORTAMIENTO ANTE CARGAS LATERALES 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 ANÁLISIS REFINADO • Comportamiento tridimensional • Modelos de columna ancha • Modelos de elementos finitos • Problemas de no linealidad y de continuidad MODELO DE COLUMNA ANCHA • Considera el acoplamiento • Vigas ficticias infinitamente rígidas Elementos con rigidez infinita Rigidez del muro ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS • Modelo tridimensional • Elementos placa • Limitaciones muro muro muro ACOPLAMIENTO DE MUROS a s o l tlosa ancho equivalente losa con trabe o dala 4tlosa 4tlosa MUROS DIAFRAGMA • Rigidizan marcos flexibles de concreto o acero • Importante contribución a la resistencia y rigidez a cargas laterales • Cuidar asimetrías y discontinuidades ¼H H VR,columna Carga VR,columna VR,columna ≥ ½Carga ¼H MUROS DIVISORIOS Solución 1 elementos para evitar el volteo Solución 2 t ≥ 100 mm CORTE castillos o refuerzo interior 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 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 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 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