ETH2

DISEO, CONSTRUCCIN Y

COMPORTAMIENTO SSMICO DE

ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA

Dr. Edgar Tapia Hernndez

A. Introduccin

B. Sistemas y comportamiento mecnico

C. Desempeo ssmico

D. Anlisis, revisin y detallado

E. Conclusiones: mitigacin de dao

F. Referencias

Diseo construccin y comportamiento ssmico

de estructuras de mampostera

Dr. Edgar Tapia Hernndez [email protected]

Agosto, 2013. Tuxtla Gutirrez, Chis.

Tern (2006)

ICA (2003)



Material de construccin ms antiguo y ms utilizado por la humanidad.

Ventajas trmicas, acsticas, estticas y econmicas. Entre los aos 8,000 a 4,000 a.C. cuando el hombre

comienza a hacerse sedentario comienza a apilar

piedras.

En 4,000 a.C. los sumerios inician la produccin de unidades (secas al sol) unidas

con barro.

Primer gran templo fue construido en Uruk en 2,900 a.C.

A. Introduccin

Tern (2006)

BRV (2013)



En 3,000 a.C. el adobe es llevado al horno (ladrillos cermicos) usando mortero de alquitrn con tejidos

de caa.

Torre de Babel: y dijeron: hagamos ladrillo y cozmoslo con fuego. Y les sirvi el ladrillo en lugar

de piedra y el asfalto en lugar de mezcla. Gn. 11.3. Uso de leyes mecnicas de resistencias y empujes.

A. Introduccin



Los Olmecas usaban bloques de barro 1,200 a.C. Uso de cementantes de mejor calidad: residuos de

maz, cenizas volcnicas y arcillas calcinadas.

Construccin de muros de contencin, bvedas, arcos, cuerpos escalonados, estructuras de varios

niveles, muros de carga y muros de fachada.

A. Introduccin

Mesoamrica



Importacin de piedra de mejor calidad (canteras egipcias y mrmol griego).

Vitruvio (25 a.C.) describe el uso de aglomerante hidrulico (polvo del monte Vesubio), agregado grueso y agua.

Construccin de cimentaciones, simplificar muros, desarrollo de tecnologa del arco, bveda y cpula,

posibilidad de hacer aberturas.

A. Introduccin

Roma

Gallegos H (1989)

ICA (2003)

Tern (2006)



En 1620 se especifica espesor mnimo de muros en stanos y primeros niveles (2.5t).

En 1625 se especifican dimensiones estndar de la pieza. Revolucin industrial: sustitucin de mtodos empricos por

mtodos cientficos.

En 1796 se patenta el cemento romano (cal hidrulica). En 1824 se patenta cemento Portland. En 1840 se patenta mquina para fabricar ladrillos de arcilla.

A. Introduccin

Siglo V al Siglo XIX

Tern (2006)

ICA (2003)

Mquina de Clayton



Brunel (1813) construccin de chimenea con barras de hierro.

En 1825 se reforz un tnel bajo el Tmesis. Dimetro 15m; profundidad 20m; espesor de paredes de 75cm

(reforzados con solera y pernos).

Cattancin (1889) patent un mtodo para reforzar y construir edificios de mampostera.

En 1913 ensayes de mampostera reforzada en la India y EU.

A. Introduccin

Mampostera reforzada

Gallegos H (1989)

ICA (2003)

A. Introduccin


C. Desempeo ssmico



F. Referencias






B1. Materiales

B2. Mampostera

B3. Sistemas constructivos








Piezas

Unidades o piezas

Robles et al (1984)

ICA (2003)

Tienen propiedades muy variables

Naturales

Artificiales




Piezas artificiales

Unidades o piezas

ICA (2003)

Procedimientos de construccin muy variados

NMX-C-006. Ladrillos, bloques cermicos de barro, arcilla o

similares.

NMX-C-010. Bloques, ladrillos o tabiques y tabicones de concreto.

NMX-C-404-ONNCCE. Bloques, tabiques, ladrillos y tabicones para

uso estructural




Piezas artificiales

Unidades o piezas

NTCMm-04 (2004)

Piezas macizas tienen un rea neta de al menos el 75% del rea bruta.

Piezas huecas tienen un rea neta de al menos el 50% del rea bruta.




Resistencia a compresin de piezas

Meli (1979)

ICA (2003)

Tabique rojo Bloques de concreto pesado

Los procedimientos de fabricacin modifican la resistencia.




Resistencia a compresin

Unidades o piezas

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

f*p> 60 kg/cm2 tabique de barro recocido (arcilla artesanal)

f*p> 120 kg/cm2 tabique de barro con huecos verticales

f*p> 100 kg/cm2 bloque de concreto tipo pesado

f*p> 100 kg/cm2 tabique de concreto (tabicn)




Mortero

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

La deformabilidad, adherencia a las piezas y trabajabilidad son las propiedades ms importantes.




Acero de refuerzo

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Barras corrugadas, malla de acero, alambres corrugados laminados en fro o armaduras soldadas.

Otros agregados

Cementantes: cemento hidrulico (NMX-C-414-ONNCE), cemento de albailera (NMX-C-021), cal

hidratada (NMX-C-003-ONNCE).

Agregados ptreos (NMX-C-111). Agua de mezclado (NMX-C-122). Aditivos de trabajabilidad (NMX-C-255). No

aceleradores de fraguado.


B1. Materiales

B2. Mampostera






B2. Mampostera





Resistencia a compresin




Resistencia a compresin, f*m

Tena (2001)

Falla por tensin lateral




Resistencia a compresin, f*m

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

La altura debe ser cuatro veces el espesor.

B2. Mampostera





Resistencia a tensin

diagonal




Modos de falla de ensayes de compresin diagonal

Meli (1979)

ICA (2003)

Falla por las

piezas

Falla mixta Falla por las

juntas




Modos de falla de ensayes de compresin diagonal

Gm=0.4Em comportamiento elstico en un material isotrpico

La resistencia es menor en piezas huecas

Alta dependencia del mortero

Meli (1979) ICA (2003)

NTCMm-04 (2004), ACI-530(2002), UBC(1997), IBC(2000)




Resistencia a cortante, v*m

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Longitud de una vez y media la longitud de la pieza y altura con las hiladas necesarias para igualar la longitud.

B2. Mampostera





Otras capacidades




Resistencia al aplastamiento

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

El esfuerzo mximo es 0.6f*m.

Resistencia a la tensin Capacidad nula.

Mdulo de elasticidad Mampostera de tabiques y bloques de concreto

Mampostera de tabique de barro y otras piezas

Em= 800f*m para cargas de corta duracin

Em= 350f*m para cargas sostenidas

Em= 600f*m para cargas de corta duracin

Em= 350f*m para cargas sostenidas


B1. Materiales

B2. Mampostera











Muro diafragma




Muros diafragma

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Son muros contenidos en trabes y

columnas de un marco estructural

al que proporcionan rigidez ante la

accin de cargas laterales.






Muro confinado




Muros confinados

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Sismo




Muros confinados

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Muros reforzados con dalas castillos

Refuerzo Exterior

Interior




Muros confinados

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Muros reforzados exteriormente




Muros confinados

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Muros reforzados interiormente




Muros confinados

Meli (1978)

ICA (2003)






Muro no reforzado




Muros no reforzados

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Muros que no cumplen los requisitos anteriores.

Refuerzo por integridad: mejora la redundancia y

capacidad de deformacin.






Modos de falla




Influencia de aberturas

Tomozevic y Lutman (1996)




Modos de falla

Tomozevic y Lutman (1996)

Deslizamiento Cortante Flexin

A. Introduccin


C. Desempeo ssmico



F. Referencias





C. Desempeo ssmico

C1. Estructuras de adobe

C2. Estructuras de mampostera confinada

C3. Estructuras con muros diafragma







C. Desempeo ssmico

Adobe

Sordo et al (1996)

Rodrguez et al (1997)

ICA (2003)

Autoconstruccin

Sismo 11 de enero, 1997

Michoacn de 1770 edificios.

1% sin dao.

74% daos reparables

25% dao severo o derrumbe



C. Desempeo ssmico

Adobe

Jurez et al (2000)

ICA (2003)

Dao ms comn

Agrietamiento vertical en esquinas causada por

tendencia al volteo



Dao en adobe

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Baja capacidad a tensin debido a pobre calidad Ausencia de confinamiento lateral Inadecuada liga en esquinas de muros Peso excesivo de techumbre Falta de mantenimiento (vigas y sistema de techo)

C. Desempeo ssmico

C. Desempeo ssmico










Mampostera confinada

Berrn (1987)

Meli (1990)

C. Desempeo ssmico

Relacin entre la densidad de muros y nivel de dao

Dao asociado a hundimientos diferenciales Presencia de materiales pobres o deteriorados Insuficiencia de dalas y castillos Falta de mantenimiento (vigas y sistema de techo) Reducida cantidad de muros




Lpez y Teshigawara (1997)

C. Desempeo ssmico

Colapso debido a

escasez de muros en

planta baja

Asentamiento por

licuacin de arenas




Flores (1995)

Aguilar (1997)

C. Desempeo ssmico



Mampostera confinada, refuerzo exterior

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

C. Desempeo ssmico



Mampostera confinada, refuerzo interior

Shultz (1994)

Alcocer et al (1999)

ICA (2003)

C. Desempeo ssmico

Fallas locales de las piezas huecas Inadecuado anclaje del refuerzo a elementos exteriores Refuerzo interior escaso para asegurar un buen

comportamiento

C. Desempeo ssmico










Muros diafragma

Teran-Gilmore y Bertero (1992)

ICA (2003)

C. Desempeo ssmico

Existe incompatibilidad de deformaciones

Distribucin asimtrica en planta (torsin)

Formacin de piso suave en planta baja, sobre todo en edificios de

esquina

Columna corta



Muros diafragma

Teran-Gilmore y Bertero (1992)

ICA (2003)

C. Desempeo ssmico

A. Introduccin


C. Desempeo ssmico



F. Referencias







Factores de resistencia


Muros sujetos a compresin axial FR=0.6 Muros confinados o reforzados interiormente

FR=0.3 Muros no confinados ni reforzados interiormente

Muros sujetos a flexocompresin FR=0.8 muro confinado si PuPR/3

FR=0.3 muros no confinados o sin

refuerzo interior

Muros sujetos a fuerza cortante FR=0.7 muro diafragma, muro

confinado y refuerzo interior

FR=0.4 muros no confinados sin

refuerzo interior

NTCMm-04 (2004)

Tapia (2008)



Factor de reduccin por efectos de excentricidad y esbeltez

NTCMm-04 (2004)

Tapia (2008)


FE= 0.7 muros interiores con claros que no difieren en ms del 50%.

FE= 0.6 muros exteriores o con claros que no difieren en ms del

50%.

1) Deformaciones en extremos restringidas por el sistema de

piso, dalas u otros elementos.

2) ec t/6 3) H/t < 20

Si:

Cumple:



Factor de reduccin por efectos de excentricidad y esbeltez


No cumple:

NTCMm-04 (2004)

Tapia (2008)

e= ec + t/24 t: espesor del muro

H: altura del muro



Resistencia a compresin en mampostera confinada


NTCMm-04 (2004)

Tapia (2008)

A= 600(14)= 8400cm2

FR= 0.60

f*m= 15 kg/cm2

AS= 0.71*4 = 2.85cm2

FyAS= 2.85(3)(4200)= 47,880kg

e= 0 + t/24= 0.58

k= 2.0; H= 140cm; t= 14cm

FE= 0.509

P= 0.6(0.509)(15(8,400)+47880)

P= 0.6(0.509)(173,880)

P= 53,103 kg

3 castillos 4vs #3

Muro aislado de tabique rojo



Resistencia a cortante en mampostera confinada


NTCMm-04 (2004)

Tapia (2008)

Se ignora la contribucin del acero

La carga P no debe considerar factor de carga

A= 600(14)= 8400cm2

FR= 0.70

v*m= 3.5 kg/cm2

P= 5,000kg

VmR= 0.7[0.5(3.5)(8400)+0.3(5000)]

VmR= 0.7[16,200]= 11,340kg

1.5FRv*mAT= 30,870kg





Q= 2.0 en piezas macizas, piezas multiperforadas con refuerzo horizontal con la cuanta mnima y muros

confinados con castillos exteriores

Q= 1.5 cualquier otro caso

NTCMm-04 (2004)

Tapia (2008)



Mtodos de anlisis ssmico


Mtodo simplificado. Requisitos estrictos. Caso omiso a desplazamientos horizontales, torsiones y momentos de

volteo.

Mtodo esttico. Supone fuerzas horizontales actuando sobre puntos donde estn concentradas las masas.

Mtodo dinmico. Anlisis modal y el clculo paso a paso de respuestas a sismos especficos.

NTCS-04 (2004)

Tapia (2008)

Tapia (2011)



Mtodo simplificado


NTCS-04 (2004)

Tapia (2011)

a) 75% de las cargas verticales est soportada por muros

distribuidos sensiblemente simtricos.



Mtodo simplificado


NTCS-04 (2004)

Tapia (2011)

b) Largo de la estructura / ancho de la estructura< 2.0

c) Altura de la estructura / dimensin mnima de la base < 1.5

d) Altura de la estructura < 13 m

e) Existen al menos dos muros de carga perimetrales

paralelos con longitud total al menos igual a la mitad de la

dimensin.



Mtodo simplificado


NTCS-04 (2004)

Tapia (2011)



Ejemplo


Tapia (2008)

El sistema estructural est formado por muros de mampostera confinada

de tabique de barro rojo recocido (14 cm de espesor) unida con mortero

Tipo I, los elementos de concreto reforzado con una resistencia fc= 250 kg/cm2, las losas tienen 10 cm de espesor, cuando sea necesario use

varillas del #3 con una esfuerzo de fluencia fy= 4,200 k kg/cm2. La altura

de todos los entrepisos es 3.40m. Zona IIIb.



Ejemplo


Tapia (2008)



Ejemplo


Tapia (2008)

Centro de cortante



Ejemplo


Tapia (2008)

Mtodo simplificado



Ejemplo


Tapia (2008)

Mtodo simplificado

Longitud: 10.5m

Ancho: 9.0m

Altura: 3.4(3)= 10.2m



Ejemplo


Tapia (2008)

Determinacin de fuerzas ssmicas

Mtodo simplificado



Ejemplo


Tapia (2008)

Determinacin de carga a compresin

FR= 0.60

f*m= 15 kg/cm2

H= 320cm



Ejemplo


Tapia (2008)

Determinacin de

carga a cortante

FR= 0.70

v*m= 3.5 kg/cm2

A. Introduccin


C. Desempeo ssmico


E.Conclusiones: mitigacin de dao

F. Referencias







E. Mitigacin de dao

Muros diafragma

ICA (2003)

NTCMm-04 (2004)

Evitar el volteo perpendicularmente a su plano.



Detalles constructivos

ICA (2003)

Dentado de muro para garantizar unin con los castillos

del confinamiento

E. Mitigacin de dao



Desempeo estructural

ICA (2003)

Costo

Resistencia

desempeo

ssmico

E. Mitigacin de dao

Referencias

Berrn (1987), Evaluacin del comportamiento de muros de mampostera en los sismos de septiembre de 1985, Tesis profesional, Facultad de Ingeniera, UNAM, Mxico.

BRV (2013). Biblia versin Reina Valera. Revisin de 1960. ICA (2003), Edificaciones de mampostera para vivienda, Fundacin ICA, A.C., 3

edicin.

Jurez H., Gomez A. y Sordo E. (2000), Recomendaciones para reducir la vulnerabilidad smica de estructuras de mampostera, Memorias XII Congreso Nacional de Ingeniera Estructural, Len, Gto. Art. 86.

CNTCMm-92 (1992), Comentarios y ejemplos de las Normas Tcnicas Complementarias para el Diseo y Construccin de Estructuras de Mampostera, Series del Instituto de Ingeniera No. ES-04. Enero.

Flores L.E. (1995), Estudio analtico de estructuras de mampostera confinada, Gallegos H. (1989) Albailera estructural, Pontificia Universidad Catlica del

Per. Lima, Per. Agosto.

Lpez O. y Teshigawara M. (1997), Informe de daos en edificiaciones durante el sismo de Colima del 9 de octubre de 1995 en la zona epicentral, Cuaderno de investigacin No. 40, Centro Nacional de Prevencin de Desastres, Mxico.



Referencias

Meli R. (1979), Comportamiento ssmico de muros de mampostera, 2 edicin, Informe No. 232, Instituto de Ingeniera, UNAM, Mxico, mayo, 141.

Meli R. (1990), Diseo ssmico de edificios de mampostera de muros de mampostera. La prctica actual y el comportamiento observado, Ingeniera Ssmica No. 40. Sociedad Mexicana de Ingeniera Ssmica, septiembre-diciembre. Mxico.

NTCMm-04, (2004), Normas tcnicas complementarias para el diseo y construccin de estructuras de mampostera, Gaceta Oficial del Distrito Federal, dcimo cuarta poca, tomo II, octubre.

NTCS-04, (2004), Normas tcnicas complementarias para diseo por sismo, Gaceta Oficial del Distrito Federal, dcimo cuarta poca, tomo II, octubre.

RCDF-2004, (2004), Reglamento de construcciones para el Distrito Federal (RCDF). Gaceta Oficial del Distrito Federal, dcima cuarta poca, enero.

Rodrguez M., Alarcn P. y Machiacao R. (1997), Evaluacin del comportamiento ssmico de estructuras a base de muros de mampostera durante el sismo de Caleta

de Campos, del 11 de enero de 1997, Memorias XI Congreso Nacional de Ingeniera Ssmica, Vol. II, pp. 1361-1370. Veracruz, Mxico.

Sordo E., Gmez-Bernal A., Jurez H., Gama A., Guinto E., Whitney R., Vera R., Mendoza E. y Alonso G. (1996), El sismo de Ometepec del 14 de septiembre de 1995, Memorias X Congreso Nacional de Ingeniera Estructural, Vol. 1, pp. 424-432. Mrida, Mxico.



Referencias

Tapia E. (2008), Apuntes de diseo estructural. Universidad Autnoma Metropolitana Azc.

Tena Colunga (2001), Diseo de estructuras de mampostera, apuntes del curso de maestra. Universidad Autnoma Metropolitana Azcapotzalco. Sexta actualizacin.

Tern-Gilmore A. y Bertero V. (1992), Performance of tall buildings during the 1985 Mexico earthquakes, Report No, UCB/EERC-92/17, University of California at Berkeley, 209 pp.

Tomazevic M y M. Lutman (1996), Seismic behavior of mansonry walls: modeling of hysteretic, Journal of Structural Engineering, Vol. 122, pp. 1048-1054.

Tern Gilmore (2006), Apuntes de diseo estructural. Universidad Autnoma Metropolitana Azc.



Gracias

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COMPORTAMIENTO SSMICO DE

ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA



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