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LA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL
EN MÉXICO
Roberto Meli
Instituto de IngenieríaUniversidad Nacional Autónoma de México
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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.
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TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL TEMPRANA
• Construcción temprana, tipo fortificación
El convento de Izamal, Yucatán, Siglo XVI
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TRADICIÓN DE LA MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL
• Miles de edificosreligiosos y civiles
• Construcciones más atrevidas
Iglesia parroquial de un pequeño poblado de Jalisco
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TRADICIÓN DE MAMPOSTERÍA EN MÉXICO. ÉPOCA COLONIAL
• Empleo de mampostería en arcos, bóvedas y cúpulas.
Convento de Santo Domingo en Oaxaca
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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
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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
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SISTEMA DE PISO TRADICIONAL, NO MONOLÍTICO
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TECHO QUE NO FORMA DIAFRAGMA.EMPUJE FUERA DEL PLANO
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FALLA DE EDIFICIO SIN PISO-DIAFRAGMA
FALLA DE EDIFICIO SIN PISO-DIAFRAGMA
Volteo de la partecentral de muros
Volteo de la partecentral de muros
Grietas portensióndiagonal
Grietas portensióndiagonal
Caída delsistema de piso
Caída delsistema de piso
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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
losam uro
mur
o
mur
o
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EDIFICIO DE VIVIENDA DE MAMPOSTERÍA CONFINADA
• La solución más común para vivienda unifamiliar
• Hasta cinco pisos
• Buen desempeño sísmico y ante asentamientos diferenciales
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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
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EDIFICIO DE MAMPOSTERÍA CONFINADA
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MAMPOSTERÍA CONFINADA. DETALLE DE REFUERZO EN
HUECOS
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EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA EN ZONAS NONO SÍSMICAS
• Edificio para vivienda de 17 pisos en Basilea, Suiza
• Ladrillo de barro de 30 cm de espesor
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EDIFICIOS ALTOS DE MAMPOSTERÍA EN REGIONES DE ALTA SISMICIDAD
Edificio de ocho pisos de mampostería reforzada en San Diego, California
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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
P L A N T A
s ≤ 3 0 0 m m
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EVOLUCIÓN DE LAS PIEZAS PARA MAMPOSTERÍA
• Evolución lenta
• Poco a poco estádesapareciendo el “tabique” artesanal
• Difusión de ladrillos industrializados de bajo costo
• Disminución de dimensiones
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PRINCIPALES ESTUDIOS EXPERIMENTALES
• Propiedades de las piezas y morteros
• Propiedades básicas de la mampostería
• Comportamiento de muros con distintas características
• Comportamiento de sistemas estructurales
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PROPIEDADES DE PIEZAS Y MORTEROS
• Ensayes para determinación de valores representativos y dispersión
• Primero en la Cd. de México, después en otras regiones
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CARACTERÍSTICAS DE PIEZAS HUECAS
espesor≥ 15 mm
b) Ejemplos de piezas multiperforadas
espesor≥ 7 mm
a) Piezas huecas
longitud dela pieza
pared interiorespesor ≥ 13 mm
pared exteriorespesor ≥ 15 mm
perforación
espesor dela pieza
altura dela pieza
área brutaárea neta
área neta
celda
≥ 0.5
área bruta
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PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS
• Desarrollo de métodos de prueba
• Pruebas en compresión en pilas
• Pruebas de compresión diagonal en muretes
• Relación con propiedades de componentes
mortero
pieza
carga
espesor
carga
altura
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PRUEBA DE COMPRESIÓN DIAGONAL
• Básica para estimar resistencia a cortante
• Relación con esfuerzo de agrietamiento diagonal en muros
• Determinación de valores normativos
altura ≈ longitud(2.8.2.1)
longitud
carga
altura
carga
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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
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ENSAYES DE MUROS DE MAMPOSTERÍA REFORZADA
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CARACTERÍSTICAS DE LOS CICLOS DE HISTÉRESIS
• Disipación de energía
• Estabilidad
• DegradaciónDistorsión, θ
envolvente
Ejemplo decurva de histéresis
Cargalateral
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RESULTADOS BÁSICOS DE LA CURVA ENVOLVENTE
• Carga de agrietamiento diagonal
• Carga máxima
• Distorsión de agrietamiento
• Distorsión a la falla
Carga2º ciclo
0.006 para piezas m acizas0.004 para piezas huecas
00
θRm áx≤(A .8.1)
Carga lateral
m áx
λR
R
0.8R
R ≤λR
≥R aRm áx
≥Rm áx
m áx
0.006 ó0.004
θ
≥ 0.8Rm áx
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RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS HUECAS
• Muros de ladrillo hueco con bajas cuantías de refuerzo interior
• Comportamiento frágil
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RESULTADOS DE ENSAYES DE MUROS DE PIEZAS SÓLIDAS
• Muros de mampostería confinada de ladrillos sólidos
• Presentan mayor ductilidad y disipación de energía
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ENSAYES DE MUROS ACOPLADOS
• Efecto del acoplamiento
• Rigidez
• Relación flexión-cortante
• Comprobación de modelos de análisis
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CONFIGURACION DE AGRIETAMIENTO
ESPÉCIMEN WBW-E
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ESPÉCIMEN WBW-B
AgrAgr
AgrAgr
-0.015-0.015 -0.01-0.01 -0.005-0.005 00 0.0050.005 0.010.01 0.0150.015-600-600
-300-300
00
300300
600600Fu
erza
cor
tant
e, k
NFu
erza
cor
tant
e, k
N
Distorsión angular, mm/mmDistorsión angular, mm/mm
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PRUEBA DE EDIFICIO DE DOS PISOS
• Comprobación de resultados en muros aislados
• Comprobación de modelos de análisis
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EFECTO DEL REFUERZO EN EDIFICIO DE DOS PISOS
• Modelo 3D-R reforzado con malla
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PRUEBAS EN MESA VIBRADORA
• Pruebas en vivienda de adobe
• Pruebas en modelos de mampostería de ladrillo
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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
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MAMPOSTERÍA CONFINADA
sep a
rac i
ónde
dal
as
castillos en intersecciónde muros (5.1.1.a)
dala en todoextremo de muroy a una distanciano mayor de 3 m
(5.1.1.b)
refuerzo en elperímetro deaberturas
(5.1.3)
H
3 m
dala en pretiles≥ 500 mm
(5.1.1.b)
losa
castillos enpretiles(5.1.1.a)
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MAMPOSTERÍA CONFINADA.REQUISITOS DE UBICACIÓN DE
CASTILLOS
castillos enextremos de murose intersecciones
PLANTAseparaciónde castillos
4 m1.5H≤
Ht ≤ 30 (5.1.4)
(5.1.1.b)
t ≥ 100 mm (5.1.4)
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MAMPOSTERÍA CONFINADA. REFUERZO EN HUECOS
separación de castillosseparación de castillos
Refuerzo enaberturas si
dimensión>
¼ separación de castillos600 mm abertura que no
requiere refuerzo
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MAMPOSTERÍA CON REFUERZO INTERIOR
(6.1.1)Ht ≤ 30
t ≥ 100 mm(6.1.7)
sh
Ash(6.1.1)
(6.1.7)
Asv tsv
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REFUERZO INTERIOR
junta de mortero
≤ ¾ espesor de junta
ELEVACIÓN
db3.5 mm ≤
≥
hilada
6 hiladas
(5.4.3.2 y6.4.3.2)
600 mm
refuerzo horizontal
sh ≤
pieza
(3.3.2.2)
db10 mm (3.3.4.3)
≤ 10 mm, mecanizada15 mm, artesanal
espesor de juntas ≥ 6 mm
(sin refuerzo, 9.2.2.1)
espesorde junta
Ash
≤ 12 mm, mecanizada15 mm, artesanal
(con refuerzo, 9.2.2.1)
espesorde junta
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DETALLES DE APAREJO(9.2.2.3)
pieza huecapieza multiperforada
nivel de coladosi se interrumpela construcción
aparejo en formacuatrapeada
rellenode celdas
refuerzo o ductos
refuerzo o ducto (9.2.2.3)
(9.2.2.2)
rellenar ambas celdas
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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
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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
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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
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COMPORTAMIENTO ANTE CARGAS LATERALES
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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
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ANÁLISIS REFINADO
• Comportamiento tridimensional
• Modelos de columna ancha
• Modelos de elementos finitos
• Problemas de no linealidad y de continuidad
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MODELO DE COLUMNA ANCHA
• Considera el acoplamiento
• Vigas ficticias infinitamente rígidas
Elementos con rigidez infinita
Rigidez delmuro
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ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS
• Modelo tridimensional
• Elementos placa
• Limitaciones
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ACOPLAMIENTO DE MUROS
losa contrabe o dala
losa4t
losat
losa4t
losamuro
ancho equivalente
mur
o
mu r
o
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MUROS DIAFRAGMA
• Rigidizan marcos flexibles de concreto o acero
• Importante contribución a la resistencia y rigidez a cargas laterales
• Cuidar asimetrías y discontinuidades
≥½Carga
R,columna
HCarga
VR,columna
V
¼H VR,columna
¼H
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MUROS DIVISORIOS
castillos o refuerzo interiorCORTE
elementospara evitar
el volteo
Solución 1
t ≥ 100 mm
Solución 2
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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
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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
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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
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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