fundamentos de la mamposteria estrucrural y su aplicacion en el enalisis y diseÑo de edificios
TRANSCRIPT
-
UNIVERSIDAD DE SUCRE
FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
FUNDAMENTOS DE LA MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL
Y SU APLICACIN EN EL ANLISIS Y DISEO DE
EDIFICIOS
-
FUNDAMENTOS DE LA MAMPOSTERA ESTRUCTURAL
Y SU APLICACIN EN EL ANALISIS Y
DISEO DE EDIFICIOS
REMBERTO MENDOZA RIOS
ROGER RODELO MARTINEZ
DIRECTOR
ALBERTO SARMIENTO REVOLLO Ingeniero Civil.
UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL SINCELEJO, SUCRE
2007
-
FUNDAMENTOS DE LA MAMPOSTERA ESTRUCTURAL
Y SU APLICACIN EN EL ANALISIS Y
DISEO DE EDIFICIOS
REMBERTO MENDOZA RIOS
ROGER RODELO MARTINEZ
Proyecto de grado presentado como requisito parcial para
Optar al ttulo de Ingeniero Civil.
Unicamente los autores son responsables de las ideas expuestas en el
presente trabajo
DIRECTOR.
ALBERTO SARMIENTO REVOLLO Ingeniero Civil.
UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL SINCELEJO, SUCRE
2007
-
A Dios, quien me dio la sabidura para
poder culminar tan hermosa profesin, a
mi querida madre Gloria por su
dedicacin y esmero, a mi padre
Remberto por su apoyo, al igual que a
mis hermanos Virginia y Hctor, y a ti
Minerly por ser mi ayuda idnea.
Remberto Mendoza Ros.
-
A Dios, la muralla que protege mi
existencia y el pilar que soporta mi vida.
A mi familia, quienes siempre han sido mi
apoyo incondicional.
Roger Rodelo Martnez.
-
AGRADECIMIENTOS
Los autores de este documento expresan su agradecimiento a:
A Dios, por darnos el privilegio de capacitarnos y estudiar tan bella profesin.
A nuestra amada Universidad de Sucre, que a travs de los docentes del programa de ingeniera civil nos brind los conocimientos y formacin
profesional, que hoy en da nos hace Ingenieros Civiles.
Al ingeniero Alberto Sarmiento Revollo, por todos los conocimientos impartidos durante sus ctedras como docente y como director en el
desarrollo de este proyecto de grado, que Dios lo bendiga.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
II
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION.. RESUMEN. ABSTRACT.. LISTA DE FIGURAS LISTA DE FOTOGRAFIAS.... LISTA DE TABLAS..... NOMENCLATURA......
1
2
3
4
10
12
20
CAPITULO 1
1. GENERALIDADES DE LA MAMPOSTERIA 28
1.1 ANTECEDENTES HISTRICOS.. 30
1.1.1 Mampostera en la antigedad................... 30
A. Egipto... B. Mesopotamia (caldea y asiria)............. C. China e india.. D. Grecia...... E. Roma F. Amrica...
30
31
32
33
33
34
1.1.2 Mampostera en la actualidad.. 36
1.2 SISTEMA DE MUROS DE CARGA. 40
1.2.1 Descripcin... 40
1.2.2 Partes del sistema.............. 42
A. Losas de entrepiso. B. Muros.........
42
46
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
III
C. Conexiones... D. Cimentacin..
50
53
1.2.3 Comportamiento estructural del sistema de muros de carga 55
A. Carga vertical.... B. Carga horizontal... C. Combinacin de carga vertical y horizontal.
55
57
58
1.2.4 Clasificacin del sistema de muros de carga................ 60
A. Mampostera estructural.... 61
1.3 EDIFICIOS EN MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL.. 84
1.3.1 Edificios de un slo nivel.. 84
1.3.2 Edificios multiniveles. 86
1.3.3 Ventajas y desventajas de la mampostera estructural en la construccin de edificios.... 87
A. Ventajas...... B. Desventajas...
88
89
1.3.4 Comportamiento ssmico de los edificios de mampostera.......................................................................... 90
A. Comportamiento ssmico... B. Causas de las fallas ssmicas...
91
95
1.4 MATERIALES DE LA MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL.. 98
1.4.1 Unidades de mampostera.... 98
A. Unidades de mampostera de concreto. 102
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
IV
B. Unidades de mampostera de arcilla... C. Unidades de mampostera de slice-cal.
107
110
1.4.2 Mortero de pega... 1.4.3 Mortero de relleno... 1.4.4 Acero de refuerzo
112
118
121
1.5 COMPORTAMIENTO DE LA MAMPOSTERIA SIMPLE 123
1.5.1 Mampostera simple sin mortero de relleno 1.5.2 Mampostera simple con mortero de relleno.................
123
125
CAPITULO 2
2. ELEMENTOS DE ANALISIS Y DISEO DE EDIFICIOS DE MAMPOSTERIA 127
2.1 CONFIGURACION ARQUITECTONICA Y ESTRUCTURACION 128
2.1.1 Simetra.. 2.1.2 Tamao y configuracin en planta.... 2.1.3 Tamao y configuracin en altura.... 2.1.4 Relacin de esbeltez y relacin de aspecto...
2.1.5 Distribucin y concentracin de los elementos constructivos
129
130
132
135
137
A. Densidad de la estructura en planta... B. Resistencia perimetral
138
140
2.1.6 Seleccin del sistema estructural, elementos estructurales y dimensiones tentativas 141
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
V
A. Seleccin del sistema estructural.............. B. Seleccin de los elementos estructurales. C. Dimensiones tentativas..
141
144
145
2.2 JUNTAS EN MUROS DE MAMPOSTERIA... 146
2.2.1 Juntas de control 2.2.2 Juntas de expansin
146
148
2.3 MODULACION DE MUROS DE MAMPOSTERIA
2.4 RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LA MAMPOSTERIA
150
153
2.4.1 Determinacin de mf por medio de registros histricos 153 2.4.2 Determinacin de mf por medio de ensayos sobre
materiales individuales... 154
2.4.3 Determinacin de mf por Medio de Ensayos Sobre Muretes 155
2.5 ESPESOR SLIDO EQUIVALENTE.. 160
2.5.1 Espesor slido equivalente.. 2.5.2 Ancho efectivo del muro (beq)..
161
162
2.6 RIGIDEZ AL LADEO DE LOS MUROS DE MAMPOSTERIA. 167
2.6.1 Rigidez de un muro en voladizo......... 168
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
VI
2.6.2 Rigidez de un muro doblemente empotrado.............. 2.6.3 Rigidez de un muro con aberturas............
170
172
2.7 CENTROS DE RIGIDEZ (CR)
2.8 CENTROS DE MASAS (CM).
2.9 PUNTO DE APLICACIN DE LA FUERZA CORTANTE (C).
2.10 ANALISIS DE CARGAS..
174
176
179
180
2.10.1 Cargas verticales.. 181
A. Cargas muertas.... B. Cargas vivas..
181
182
2.10.2 Cargas laterales..... 183
A. Presiones de tierras (H).. B. Presin del viento (W). C. Cargas ssmicas (E)..
183
184
186
2.10.3 Combinaciones de cargas..
2.10.4 Anlisis de los efectos de las fuerzas ssmicas...
193
194
A. Cortante de piso... B. Momento de volcamiento... C. Efectos torsionales.............
194
195
196
2.11 DISTRIBUCION DE CARGAS 199
2.11.1 Distribucin de cargas verticales. 199
A. Entrepisos en una direccin. 199
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
VII
B. Entrepisos en dos direcciones..... 200
2.11.2 Distribucin de cargas horizontales 201
A. Distribucin del cortante B. Distribucin del momento de volcamiento C. Distribucin del momento torsor.....
201
204
205
2.12 DESPLAZAMIENTOS Y DERIVAS... 210
2.12.1 Desplazamientos totales ( TOT )... 213
A. Desplazamientos por traslacin del diafragma ( TRL ).. 213
B. Desplazamiento por rotacin del diafragma ( ROT ).. 213
C. Desplazamientos adicionales causados por los efectos
P-Delta ( pd ).. 214
2.12.2 Derivas de piso ()... 215
2.13 DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN MAMPOSTERIA... 216
2.13.1 Hiptesis del mtodo...
2.13.2 Resistencia de diseo ....
2.13.3 Fuerzas de diseo (Requeridas)...
2.13.4 Mdulos de elasticidad y cortante...
2.13.5 Elementos sometidos a flexin.....
217
218
219
220
221
A. Flexin con refuerzo a tensin............ B. Flexin con refuerzo a compresin y tensin................
222
224
2.13.6 Elementos sometidos a flexo-compresin. 228
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
VIII
A. Compresin y flexin en el plano B. Compresin y flexin fuera del plano....
228
239
2.13.7 Elementos sometidos a esfuerzos cortantes 241
A. Direccin paralela al plano del muro.. B. Direccin perpendicular al plano del muro...
242
244
CAPITULO 3
3. DISEO DE UN EDIFICIO DE 4 PISOS EN MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL. 245
3.1 DESCRIPCION DEL PROYECTO 246
3.1.1 Nombre del proyecto..
3.1.2 Reubicacin....
3.1.3 Uso..
3.1.4 Propietario.....
3.1.5 Nmero de pisos.....
3.1.6 rea de construccin....
3.1.7 Altura de la edificacin..
3.1.8 Mtodo de diseo...
3.1.9 Mtodo de anlisis ssmico..
3.1.10 Sistema de resistencia ssmica....
3.1.11 Sistema de Entrepiso...
3.1.12 Tipo de cimentacin.....
247
247
247
247
247
247
247
247
248
248
248
248
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
IX
3.1.13 Caractersticas del suelo.... 248
3.2 DESARROLLO DEL DISEO.. 252
3.2.1 Configuracin y estructuracin.. 252
A. Simetra........ B. Tamao y configuracin en planta... C. Tamao y configuracin en altura D. Relacin de esbeltez y de aspecto.. E. Distribucin y concentracin de los elementos
constructivos.
F. Seleccin del sistema estructural, elementos estructurales y dimensiones tentativas
252
252
254
255
256
258
3.2.2 Modulacin... 262
A. Modulacin horizontal B. Modulacin vertical.....
262
262
3.2.3 Propiedades de los materiales. 265
A. Unidades de mampostera..... B. Mortero de pega.... C. Resistencia a la compresin de la mampostera. D. Mortero de relleno.... E. Acero de refuerzo.
265
265
265
266
266
3.2.4 Clculo de los espesores slidos equivalentes..... 267
A. Clculo del nmero de celdas totales, llenas y vacas por pisos.
B. Clculo del espesor slido equivalente (beq)... 267
272
3.2.5 Centros de masas por niveles. 273
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
X
A. Centro de masas muros no estructurales................ B. Centro de masas de la losa de entrepiso.. C. Centro de masas de las escaleras... D. Centro de masas de la cubierta E. Centro de masas muros estructurales... F. Centro de masas de los niveles...
274
276
279
281
289
297
3.2.6 Centro de rigidez por niveles... 299
A. Primer nivel... B. Segundo nivel... C. Tercer nivel.... D. Cuarto nivel.......
301
302
303
304
3.2.7 Anlisis de cargas.. 306
A. Anlisis de cargas verticales... B. Anlisis de cargas horizontales..
306
307
3.2.8 Anlisis de los efectos de las fuerzas ssmicas. 317
A. Cortante de piso... B. Momentos de volcamiento por pisos..... C. Efectos torsionales..
318
319
321
3.2.9 Distribucin de las solicitaciones por muro.... 325
A. Solicitaciones verticales. B. Solicitaciones horizontales
325
332
3.2.10 Derivas y desplazamientos.... 341
A. Derivas causadas por el cortante directo.. B. Derivas causadas por el momento torsor. C. Derivas por efectos P-Delta...
342
342
346
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
XI
D. Derivas totales por piso 348
3.2.10 Diseo de los elementos estructurales.. 351
A. Evaluacin de la irregularidad torsional.... B. Coeficiente de capacidad de disipacin de energa
(R).. C. Fuerzas ssmicas reducidas de diseo.. D. Mayoracin de cargas verticales. E. Diseo a flexo-compresin de los muros.. F. Diseo a cortante de los muros G. Verificaciones cuanta mnima.. H. Refuerzo definitivo... I. Verificacin combinacin de carga (0.9D + 1E)... J. Diseo muros no estructurales K. Diseo dinteles. L. Verificacin uniones placa-muros...
351
353
353
358
362
423
434
438
442
446
452
456
3.2.10 Diseo de la cimentacin (vigas T invertidas). 463
A. Cargas sobre la cimentacin. B. Mayoracin y combinacin de cargas.... C. Tipo de distribucin sobre el suelo y dimensionamiento. D. Anlisis de la viga de cimentacin...... E. Diseo longitudinal y transversal de la viga T..
463
465
466
468
473
CONCLUSIONES.....
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
483
486
487
489
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
1
INTRODUCCION
El ladrillo de arcilla es el primer material estructural creado por la capacidad
del hombre de dominar sobre los cuatro elementos: la tierra para su
fabricacin, el agua para el amasado, el aire para su secado y el fuego para
su coccin. A travs de la historia, la humanidad ha construido toda clase de
estructuras utilizando mampuestos de piedra, hoy en buena parte
reemplazadas por unidades de concreto y arcilla.
Actualmente en nuestro pas contrario a lo que se piensa, la mayora de las
estructuras que se construyen anualmente son realizadas mediante este
sistema, y en experiencias ante sismos se ha observado que gran parte de
ellas se han visto afectadas, en la mayora de los casos por deficiencias
caractersticas de este tipo de construcciones como lo son: malos diseos,
conexiones deficientes, utilizacin de diafragmas flexibles y materiales que
no cumplen con los requisitos mnimos. La mayora de estas falencias se
deben al escaso conocimiento que se tiene por parte de los profesionales de
la construccin acerca del comportamiento, mtodos de anlisis y diseo y
requerimientos de este sistema estructural, y a nivel acadmico la escasa
enseanza de otros sistemas estructurales diferentes a los convencionales y
falta de textos que explique de manera clara y actualizada este sistema.
Por lo anterior el objeto de este trabajo tiene como fin primordial crear un
compendio que sirva de gua no solo para los estudiantes que desean
profundizar en su desarrollo acadmico, sino tambin para los profesionales
que desean desempearse en esta rea; para lograr este objetivo se ha
dividido este trabajo en tres captulos principales: Generalidades de la
mampostera, Elementos de anlisis y diseo y Diseo de un edificio de
cuatro pisos en mampostera estructural.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
2
RESUMEN
En el presente documento se realiz una investigacin bibliogrfica completa
sobre la mampostera estructural, definiendo los fundamentos tericos en los
que se basa su anlisis y diseo. Su desarrollo comienza con una breve
resea histrica, siguiendo con su descripcin y clasificacin como sistema
estructural, los tipos de mampostera existente en nuestro pas, definiendo
individualmente los componentes que la conforman (unidad, mortero de
pega, mortero de relleno y el acero de refuerzo) y su funcionamiento en
conjunto. Ademas se explicaron detalladamente los parmetros e hiptesis
de anlisis y diseo de este tipo de edificaciones.
En cuanto a la normatividad todos los requerimientos en cuanto al anlisis y
diseo de los elementos estructurales expresados en este trabajo estn
regidos por la Normas Colombianas de Construccion Sismo Resistente NSR-
98.
Finalmente se realiz como ejemplo de aplicacin el anlisis y diseo de un
edificio de 4 pisos el cual fue construido con anterioridad en la ciudad de
Cartagena, utilizando las caracterstica del suelo de Sincelejo; para esto se
realiz una detallada descripcin de los procedimientos de clculo paso a
paso apoyndonos en figuras y planos adjuntados en el documento y
condensando sistemticamente los datos en una serie de tablas.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
3
ABSTRACT
Presently document was carried out a complete bibliographical investigation
on the structural masonry, defining the theoretical foundations in those that it
is based its analysis and design. Their development begins with a brief
historical review, continuing with its description and classification like
structural system, the types of existent masonry in our country, defining the
components that conform it individually (unit, mortar, grout and the
reinforcement steel) and its operation on the whole. They were also explained
detailedly the parameters and analysis hypothesis and design of this type of
constructions.
As for the regulation all the requirements as for the analysis and design of the
structural elements expressed in this work are governed by the Colombian
Norms of Construction Resistant Earthquake NSR-98.
Finally was carried out as application example the analysis and design of a
building of 4 floors which was built previously in the city of Cartagena, using
the characteristic of the floor of Sincelejo; for this was carried out a detailed
description from the procedures of calculation step to step leaning on in
figures and planes attached in the document and condensing the data
systematically in a series of charts.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
4
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Sistema de muros de carga..
Figura 1.2 Losas de entrepiso.
Figura 1.3 Entrepisos soporte lateral.....
Figura 1.4 Diafragma horizontal..
Figura 1.5 Diafragma horizontal rgido..
Figura 1.6 Diafragma horizontal flexible
Figura 1.7 Muros.
Figura 1.8 Muros no estructurales..
Figura 1.9 Muros de carga
Figura 1.10 Muros de cortante.
Figura 1.11 Perno para la conexin losa-muro.
Figura 1.12 Sujetador muro estructural-muro divisorio
Figura 1.13 Conector para dos muros estructurales
Figura 1.14 Conectores para muros de mltiples espesores...
Figura 1.15 Tipos de cimentacin corrida para muros
Figura 1.16 Entramados cerrados en cimentaciones corridas.
Figura 1.17 Losa de cimentacin para muros.
Figura 1.18 Proceso de trasmisin de las cargas verticales.
Figura 1.19 Proceso de trasmisin de las cargas laterales..
Figura 1.20 Accin de cargas combinadas..
Figura 1.21 Mampostera confinada
Figura 1.22 Mampostera de cavidad no reforzada.
Figura 1.23 Mampostera de cavidad reforzada..
Figura 1.24 Mampostera de muros diafragma.
Figura 1.25 Accin estructural de un muro diafragma.
Figura 1.26 Mampostera preesforzada.
Figura 1.27 Mampostera reforzada.
Figura 1.28 Mampostera parcialmente reforzada
40
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
51
52
52
53
54
54
56
57
59
63
65
65
67
67
68
70
71
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
5
Figura 1.29 Mampostera no reforzada..
Figura 1.30 Comparacin entre tipos mas comunes de
mampostera.......
Figura 1.31 Muro simple.
Figura 1.32 Muro con cavidad rellena.
Figura 1.33 Tipos de dinteles
Figura 1.34 Columnas, pilares y pilastras..
Figura 1.35 Columnas de mampostera reforzada..
Figura 1.36 Pilastras en mampostera reforzada..
Figura 1.37 Bvedas, cpulas y arcos..
Figura 1.38 Edificio de un slo nivel..
Figura 1.39 Edificio multinivel..
Figura 1.40 Accin de un sismo sobre los edificios..
Figura 1.41 Ensayo de consistencia..
Figura 1.42 Adhesin entre el mortero y la unidad de
mampostera.......
Figura 1.43 Ensayo de adhesin por flexin
Figura 1.44 Ensayo de campo para la adhesin.
Figura 1.45 Muestra de grout para ensayo de compresin..
Figura 1.46 Estado de esfuerzos en un prisma sin relleno
Figura 1.47 Agrietamiento vertical entre las unidades
Figura 1.48 Estado de esfuerzos en un prisma con relleno..
Figura 2.1 Formas geomtricas en altura..
Figura 2.2 Formas geomtricas en planta.
Figura 2.3 Irregularidades en planta...
Figura 2.4 Irregularidades en altura.
Figura 2.5 Relacin de esbeltez
Figura 2.6 Relacin de aspecto.
Figura 2.7 Concentracin de masa en planta.
Figura 2.8 Distribucin de los muros estructurales
73
74
76
78
79
81
82
82
83
85
87
91
113
115
116
116
120
124
125
126
129
130
131
134
136
136
137
138
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
6
Figura 2.9 Muros en ambas direcciones..
Figura 2.10 Resistencia perimetral.......
Figura 2.11 Espesor de la unidad como mdulo
Figura 2.12 Longitud de la unidad como mdulo..
Figura 2.13 Compresin de un murete........
Figura 2.14 Disposicin de las piezas en un murete
Figura 2.15 Espesor slido equivalente...
Figura 2.16 (eq) para una unidad (ejemplo)
Figura 2.17 Seccin transversal muro.
Figura 2.18 (beq) muro primer piso (ejemplo)..
Figura 2.19 (beq) muro segundo piso (ejemplo)..
Figura 2.20 (beq) muro tercer piso (ejemplo).......
Figura 2.21 (beq) muro cuarto piso (ejemplo)..
Figura 2.22 Deformaciones segn el tipo de apoyo..
Figura 2.23 Deformaciones por flexin y cortante..
Figura 2.24 Muro en voladizo.
Figura 2.25 Muro doblemente empotrado...
Figura 2.26 Rigidez de un muro con aberturas...
Figura 2.27 Rigidez muro sin aberturas..
Figura 2.28 Muro del alto del vano...
Figura 2.29 Muros al lado del vano..
Figura 2.30 Centro de rigidez (ejemplo)..
Figura 2.31 Modelos para las masas de piso.
Figura 2.32 Centros de masas por niveles (ejemplo)
Figura 2.33 Accin ssmica en todas direcciones..
Figura 2.34 Espectro elstico de aceleraciones.
Figura 2.35 Cortante basal.
Figura 2.36 Distribucin del cortante basal.
Figura 2.37 Fuerza cortante por pisos.
Figura 2.38 Momento de volcamiento por piso...
140
141
150
151
157
157
162
162
163
164
165
166
166
167
168
169
170
172
173
173
173
175
177
178
186
189
190
191
194
195
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
7
Figura 2.39 Clculo de la excentricidad en X.
Figura 2.40 Clculo de la excentricidad en Y.
Figura 2.41 Momento torsional por excentricidad entre (CR) y (C).
Figura 2.42 Areas tributarias (losa en una direccin)..
Figura 2.43 Areas tributarias (losa en dos direcciones)..
Figura 2.44 Accin del cortante sobre el punto (CR).
Figura 2.45 Accin del momento torsional sobre el punto (CR)..
Figura 2.46 Efectos de segundo orden
Figura 2.47 Irregularidad generada por la torsin..
Figura 2.48 Diagrama de esfuerzos (acero a tensin)..
Figura 2.49 Diagrama de esfuerzos (acero a tensin y
compresin).
Figura 2.50 Diagrama de deformaciones (refuerzo a tensin y
compresin).
Figura 2.51 Diagrama de esfuerzos en un muro
Figura 2.52 Diagrama de interaccin simplificado de un muro
Figura 2.53 Elementos de borde..
Figura 2.54 Muro con cargas fuera de plano..
Figura 3.1 Proyecto torres Los Alpes
Figura 3.2 Perspectiva del proyecto torres Los Alpes
Figura 3.3 Plano de fachada del proyecto...
Figura 3.4 Planta arquitectnica del proyecto.
Figura 3.5 Corte transversal A-A.
Figura 3.6 Irregularidad del diafragma.
Figura 3.7 Esquema de la planta tipo del edificio...
Figura 3.8 Planta de muros estructurales
Figura 3.9 Esquema escalera tipo........
Figura 3.10 Unidad de mampostera (b=15cm)..
Figura 3.11 Modelo para hallar los centros de masa.
Figura 3.12 Esquema de divisin de areas en la losa.
196
197
198
200
201
202
206
211
212
223
224
226
229
236
238
240
246
247
249
250
251
253
253
259
261
265
273
277
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
8
Figura 3.13 Tramos de escalera..
Figura 3.14 Esquema tejas cubierta.
Figura 3.15 Modelo para hallar los centros de rigidez...
Figura 3.16 Superficie vertical de la fachada..
Figura 3.17 Accin del sismo en ambas direcciones.
Figura 3.18 Plano areas tributarias de la planta tipo
Figura 3.19 Plano areas tributarias de la cubierta.......
Figura 3.20 Derivas causadas por la torsin..
Figura 3.21 Evaluacin irregularidad torsional en X..
Figura 3.22 Evaluacin irregularidad torsional en Y..
Figura 3.23 Diseo del muro 4(C-F).
Figura 3.24 Localizacin de las barras de refuerzo del muro
4(C-F)
Figura 3.25 Deformaciones y esfuerzos en el muro 4(C-F)..
Figura 3.26 Diagrama de interaccin simplificado del muro
4(C-F).......
Figura 3.27 Refuerzo en el muro 4(C-F)..
Figura 3.28 Clculo del refuerzo para antepechos
Figura 3.29 Clculo del refuerzo para muros no estructurales
Figura 3.30 Accin del cortante en las conexiones losa-muro
Figura 3.31 Cargas vivas sobre la cimentacin.
Figura 3.32 Cargas muertas sobre la cimentacin
Figura 3.33 Cargas provocadas por los momentos ssmicos..
Figura 3.34 Carga axial y momento..
Figura 3.35 Dimensiones de la viga T invertida .
Figura 3.36 Diagrama de cargas definitivo combinacin 1..
Figura 3.37 Diagrama de cargas definitivo combinacin 2..
Figura 3.38 Diagrama de cargas definitivo combinacin 3..
Figura 3.39 Diagrama de la combinacin 1....
Figura 3.40 Diagrama de la combinacin 2....
279
281
300
308
316
326
327
343
351
352
372
377
383
391
427
450
452
457
464
464
465
466
467
469
469
470
471
471
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
9
Figura 3.41 Diagrama de la combinacin 3....
Figura 3.42 Envolvente de cortantes y momentos.
Figura 3.43 Refuerzo longitudinal viga T.
Figura 3.44 Seccin crtica a flexin.
Figura 3.45 Refuerzo definitivo en la viga T
472
472
476
478
480
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
10
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Fotos 1 y 2 Mampuesto colocado con las manos.
Fotos 3 y 4 Pirmide de Kefren en Gizeh..
Foto 5 Ruinas de Babilonia..
Foto 6 Puerta de Nnive
Foto 7 El Taj Mahal.......
Foto 8 La Gran Muralla China.
Foto 9 Templo de Diana en feso
Foto 10 Acueducto de Segovia
Foto 11 Puente de Gard.......
Foto 12 El Coliseo..
Foto 13 Machu Pichu.
Foto 14 Templo mayor de Technotitlan..
Foto 15 Catedral de San Pedro
Foto 16 Castillo manzanares el real
Foto 17 Uso en V.I.S nivel bajo.......
Foto 18 Uso en V.I.S nivel medio.
Foto 19 Uso en V.I.S nivel alto.
Foto 20 Almacenes vivero Montera.......
Foto 21 Edificio el Palmar.
Foto 22 Vivienda de inters social en muros confinados........
Foto 23 Muro de cavidad reforzada........
Foto 24 Muro de mampostera reforzada
Foto 25 Construccin en mampostera parcialmente reforzada..
Foto 26 Muros prefabricados en mampostera de arcilla.
Foto 27 Muros prefabricados en mampostera de concreto
Foto 28 Muro con cavidad vaca..
Fotos 29 y 30 Edificios de un slo nivel en mampostera
estructural.
29
31
32
32
32
32
33
34
34
34
35
35
35
35
36
36
37
37
38
63
64
70
72
76
77
78
85
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
11
Fotos 31 y 32 Edificios multiniveles en mampostera estructural...
Foto 33 Aviso donde se especifica el sistema estructural
Foto 34 Ladrillo de concreto.....
Foto 35 Ladrillo de arcilla..
Foto 36 Bloque de concreto..
Foto 37 Bloque de arcilla..
Foto 38 Unidad maciza.
Foto 39 Unidad perforada.
Foto 40 Tipos de bloques estructurales (concreto)...
Foto 41 Tipos de bloques estructurales (concreto)
Foto 42 Unidades recubiertas..
Foto 43 Unidades de perforacin horizontal (arcilla)
Foto 44 Unidades de perforacin vertical (arcilla).
Foto 45 Mortero de pega...
Foto 46 Mortero de relleno (grout)...
Foto 48 Junta con premoldeado rgido de neopreno....
Foto 49 Junta con bloques machihembrados
Foto 50 Refuerzo horizontal de junta..
Foto 51 Muretes elaborados con unidades de arcilla...
Foto 52 Dimensiones del murete.
Foto 53 Ensayos de compresin en muretes.
86
90
100
100
100
100
101
101
102
103
103
107
108
112
118
148
148
149
159
159
160
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
12
LISTA DE TABLAS
Tabla 1.1 Sistema estructural de muros de carga..
Tabla 1.2 Costos en multifamiliares..
Tabla 1.3 Clasificacin de los morteros, resistencia y dosificacin
(tomada de la NSR-98)
60
89
117
Tabla 2.1 Restricciones en altura para sistemas en mampostera. 133
Tabla 2.2 Tipos de edificios con uso favorable de mampostera
estructural. 142
Tabla 2.3 Separacin mxima entre juntas verticales... 147
Tabla 2.4 Modulacin longitudinal (ejemplo)... 152
Tabla 2.5 Modulacin vertical (ejemplo).. 153
Tabla 2.6 Factores de correccin para esfuerzos en mampostera
de concreto.. 158
Tabla 2.7 Factores de correccin para esfuerzos en mampostera
de arcilla 158
Tabla 2.8 % solidez para edificio de 4 piso 161
Tabla 2.9 Centro de rigidez (ejemplo).. 175
Tabla 2.10 Centro de masas por niveles (ejemplo)....... 179
Tabla 2.11 Factores de reduccin de la resistencia ( ).. 218Tabla 2.12 Mdulos de elasticidad y de corte (NSR-98).. 221
Tabla 2.13 Resistencia a cortante en la mampostera.. 242
Tabla 2.14 Resistencia a cortante mxima en la mampostera....... 244
Tabla 3.1 Longitudes muros estructurales tentativos 257
Tabla 3.2 Longitudes muros estructurales definitivos 260
Tabla 3.3 Modulacin horizontal de los muros estructurales 263
Tabla 3.4 Modulacin vertical de los muros estructurales 264
Tabla 3.5 Clculo de el nmero de celdas vacas 1 piso. 268
Tabla 3.6 Clculo de el nmero de celdas vacas 2 piso. 269
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
13
Tabla 3.7 Clculo de el nmero de celdas vacas 3 piso. 270
Tabla 3.8 Clculo de el nmero de celdas vacas 4 piso. 271
Tabla 3.9 Espesores equivalentes por piso....... 272
Tabla 3.10 Centro de masas muros no estructurales y dinteles.. 275
Tabla 3.11 Centro de masas de la losa de entrepiso. 277
Tabla 3.12 Centro de masas escalera.. 280
Tabla 3.13 Centro de masas tejas fibrocemento 282
Tabla 3.14 Centro de masas de las culatas 284
Tabla 3.15 Centro de masas de las vigas de amarre 286
Tabla 3.16 Centro de masas placa y tanques 288
Tabla 3.17 Centro de masas de toda la cubierta....... 289
Tabla 3.18 Centroides de los muros estructurales. 290
Tabla 3.19 Centro de masas muros 1 piso.. 292
Tabla 3.20 Centro de masas muros 2 piso. 293
Tabla 3.21 Centro de masas muros 3 piso. 294
Tabla 3.22 Centro de masas muros 4 piso 295
Tabla 3.23 Centro de masas nivel 1 297
Tabla 3.24 Centro de masas nivel 2... 297
Tabla 3.25 Centro de masas nivel 3 298
Tabla 3.26 Centro de masas nivel 4 298
Tabla 3.27 Centro de rigidez muros 1 piso. 301
Tabla 3.28 Centro de rigidez muros 2 piso. 302
Tabla 3.29 Centro de rigidez muros 3 piso.. 303
Tabla 3.30 Centro de rigidez muros 4 piso.. 304
Tabla 3.31 Carga muerta para el entrepiso. 306
Tabla 3.32 Carga muerta para la cubierta... 307
Tabla 3.33 Cargas vivas........ 307
Tabla 3.34 Peso total del edificio.. 310
Tabla 3.35 Clculo del coeficiente Ac en X 311
Tabla 3.36 Clculo del coeficiente Ac en Y 313
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
14
Tabla 3.37 Distribucin del cortante basal.. 317
Tabla 3.38 Cortante de piso... 319
Tabla 3.39 Momentos de volcamiento por piso.. 319
Tabla 3.40 Coordenada X del punto C. 321
Tabla 3.41 Coordenada Y del punto C. 322
Tabla 3.42 Excentricidad debido a CR C.. 323Tabla 3.43 Excentricidad total 324
Tabla 3.44 Momento torsional (Mt)... 324
Tabla 3.45 Carga axial por muro cuarto piso.. 328
Tabla 3.46 Carga axial por muro tercer piso... 329
Tabla 3.47 Carga axial por muro segundo piso.. 330
Tabla 3.48 Carga axial por muro primer piso.. 331
Tabla 3.49 Distribucin de solicitaciones horizontales 4 piso (sismo
en X) 332
Tabla 3.50 Distribucin de solicitaciones horizontales 4 piso (sismo
en Y) 333
Tabla 3.51 Distribucin de solicitaciones horizontales 3 piso (sismo
en X) 334
Tabla 3.52 Distribucin de solicitaciones horizontales 3 piso (sismo
en Y) 335
Tabla 3.53 Distribucin de solicitaciones horizontales 2 piso (sismo
en X) 336
Tabla 3.54 Distribucin de solicitaciones horizontales 2 piso (sismo
en Y) 337
Tabla 3.55 Distribucin de solicitaciones horizontales 1 piso (sismo
en X) 338
Tabla 3.56 Distribucin de solicitaciones horizontales 1 piso (sismo
en Y) 339
Tabla 3.57 Derivas por cortante directo... 342
Tabla 3.58 Derivas por torsin actuando el sismo en X 344
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
15
Tabla 3.59 Derivas por torsin actuando el sismo en Y 346
Tabla 3.60 ndice de estabilidad por piso Qi...... 347
Tabla 3.61 Derivas totales actuando el sismo en X... 348
Tabla 3.62 Derivas totales actuando el sismo en Y... 349
Tabla 3.63 Evaluacin de la irregularidad torsional (sismo en X).. 352
Tabla 3.64 Evaluacin de la irregularidad torsional (sismo en Y).. 353
Tabla 3.65 Reduccin de las fuerzas ssmicas 4 piso. 354
Tabla 3.66 Reduccin de las fuerzas ssmicas 3 piso. 355
Tabla 3.67 Reduccin de las fuerzas ssmicas 2 piso.. 356
Tabla 3.68 Reduccin de las fuerzas ssmicas 1 piso.. 357
Tabla 3.69 Cargas verticales 4to piso.. 358
Tabla 3.70 Cargas verticales 3er piso.. 359
Tabla 3.71 Cargas verticales 2do piso. 360
Tabla 3.72 Cargas verticales 1er piso.. 361
Tabla 3.73 Clculo del rea de acero inicial (requerida) (paso 1)
1er piso.... 362
Tabla 3.74 Refuerzo tentativo (paso 1) 1er piso. 363
Tabla 3.75 Capacidad axial muros ( )0M = (pasos 2, 3 y 4) 1er piso.. 364Tabla 3.76 Localizacin de las barras de refuerzo (peraltes id )
1er piso...... 365
Tabla 3.77 Valor de c y esfuerzos en cada barra (paso 5)
1er piso... 366
Tabla 3.78 Capacidad a flexin muros ( )0P = (pasos 5 y 6) 1er piso.. 367
Tabla 3.79 Valor de c balanceado y esfuerzos en las barras
(paso 7) 1er piso.. 368
Tabla 3.80 Carga axial y momento balanceado (pasos 7, 8, 9 y 10)
1er piso.............
369
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
16
Tabla 3.81 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
(paso 11) 1er piso...... 370
Tabla 3.82 Verificacin de los elementos de borde (paso 11)
1er piso... 371
Tabla 3.82 Verificacin de los elementos de borde (paso 11)
1er piso.. 372
Tabla 3.83 Clculo del rea de acero inicial (requerida) (paso 1)
2do piso 393
Tabla 3.84 Refuerzo tentativo (paso 1) 2do piso 394
Tabla 3.85 Capacidad axial muros ( )0M = (pasos 2, 3 y 4) 2do piso. 395
Tabla 3.86 Localizacin de las barras de refuerzo (peraltes id )
2do piso 396
Tabla 3.87 Valor de c y esfuerzos en cada barra (paso 5)
2do piso 397
Tabla 3.88 Capacidad a flexin muros ( )0P = (pasos 5 y 6) 2do piso. 398
Tabla 3.89 Valor de c balanceado y esfuerzos en las barras
(paso 7) 2do piso.. 399
Tabla 3.90 Carga axial y momento balanceado (pasos 7, 8, 9 y 10)
2do piso.. 400
Tabla 3.91 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
(paso 11) 2do piso.. 401
Tabla 3.92 Verificacin de los elementos de borde (paso 11)
2do piso. 402
Tabla 3.93 Clculo del rea de acero inicial (requerida) (paso 1)
3er piso... 403
Tabla 3.94 Refuerzo tentativo (paso 1) 3er piso........
404
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
17
Tabla 3.95 Capacidad axial muros ( )0M = (pasos 2, 3 y 4) 3er piso... 405
Tabla 3.96 Localizacin de las barras de refuerzo (peraltes id )
3er piso... 406
Tabla 3.97 Valor de c y esfuerzos en cada barra (paso 5)
3er piso.. 407
Tabla 3.98 Capacidad a flexin muros ( )0P = (pasos 5 y 6) 3er piso... 408
Tabla 3.99 Valor de c balanceado y esfuerzos en las barras
(paso 7) 3er piso 409
Tabla 3.100 Carga axial y momento balanceado (pasos 7, 8, 9 y 10)
3er piso.
Tabla 3.101 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
(paso 11) 3er piso.
410
411
Tabla 3.102 Verificacin de los elementos de borde (paso 11)
3er piso. 412
Tabla 3.103 Clculo del rea de acero inicial (requerida) (paso 1)
4to piso. 413
Tabla 3.104 Refuerzo tentativo (paso 1) 4to piso.. 414
Tabla 3.105 Capacidad axial muros ( )0M = (pasos 2, 3 y 4) 4to piso. 415
Tabla 3.106 Localizacin de las barras de refuerzo (peraltes id )
4to piso 416
Tabla 3.107 Valor de c y esfuerzos en cada barra (paso 5)
4to piso
417
Tabla 3.108 Capacidad a flexin muros ( )0P = (pasos 5 y 6) 4to piso.
418
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
18
Tabla 3.109 Valor de c balanceado y esfuerzos en las barras
(paso 7) 4to piso... 419
Tabla 3.110 Carga axial y momento balanceado (pasos 7, 8, 9 y 10)
4to piso. 420
Tabla 3.111 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
(paso 11) 4to piso 421
Tabla 3.112 Verificacin de los elementos de borde (paso 11)
4to piso..... 422
Tabla 3.113 Determinacin del requerimiento del refuerzo a
cortante de los muros 1 piso. 423
Tabla 3.114 Diseo a cortante de los muros 1 piso.. 424
Tabla 3.115 Determinacin del requerimiento del refuerzo a
cortante de los muros 2 piso. 428
Tabla 3.116 Diseo a cortante de los muros 2 piso... 429
Tabla 3.117 Determinacin del requerimiento del refuerzo a
cortante de los muros 3 piso. 430
Tabla 3.118 Diseo a cortante de los muros 3 piso... 431
Tabla 3.119 Determinacin del requerimiento del refuerzo a
cortante de los muros 4 piso. 432
Tabla 3.120 Diseo a cortante de los muros 4 piso.. 433
Tabla 3.121 Verificaciones de las cuantas mnimas 1er piso. 434
Tabla 3.122 Verificaciones de las cuantas mnimas 2do piso........ 435
Tabla 3.123 Verificaciones de las cuantas mnimas 3er piso.. 436
Tabla 3.124 Verificaciones de las cuantas mnimas 4to piso.. 437
Tabla 3.125 Refuerzo definitivo 1er piso. 438
Tabla 3.126 Refuerzo definitivo 2do piso........ 439
Tabla 3.127 Refuerzo definitivo 3er piso.. 440
Tabla 3.128 Refuerzo definitivo 4to piso.. 441
Tabla 3.129 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
1er piso (0.9D+1E). 442
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
19
Tabla 3.130 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
2do piso (0.9D+1E). 443
Tabla 3.131 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
3er piso (0.9D+1E). 444
Tabla 3.132 Parmetros del diagrama de interaccin y diseo
4to piso (0.9D+1E). 445
Tabla 3.133 Grado de desempeo en elementos no estructurales. 446
Tabla 3.134 Grupos de usos segn grados de desempeo. 447
Tabla 3.135 Aceleracin de piso... 448
Tabla 3.136 Fuerza sobre los antepechos.. 449
Tabla 3.137 Momento en la base del elemento.. 449
Tabla 3.138 Clculo del refuerzo para antepechos y sillares.. 450
Tabla 3.139 Fuerza sobre los muros 451
Tabla 3.140 Momento en los extremos del muro 451
Tabla 3.141 Clculo del refuerzo para muros no estructurales 452
Tabla 3.142 Anlisis de los dinteles para todos los pisos. 453
Tabla 3.143 Diseo a flexin de los dinteles para todos los pisos.. 454
Tabla 3.144 Diseo a cortante de los dinteles para todos los
pisos. 455
Tabla 3.145 Verificacin unin placa-muro 1er piso.. 458
Tabla 3.146 Verificacin unin placa-muro 2do piso. 460
Tabla 3.147 Verificacin unin placa-muro 3er piso. 461
Tabla 3.148 Verificacin unin placa-muro 4to piso.. 462
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
20
NOMENCLATURA
Con el fin de orientar al lector se ha decidido utilizar una nomenclatura
general y acorde con la usada por la NSR-98, la cual se lista a continuacin
para ser tenida en cuenta como referencia para aclarar las definiciones de las
variables ms comunes en este trabajo.
A = rea transversal de la seccin del muro. a = Profundidad del bloque equivalente a compresin
ba = Profundidad del bloque equivalente a compresin para condiciones
balanceadas.
=CA rea de una celda. Ac = Suma de las reas efectivas de los muros estructurales en el primer
nivel de la estructura en la direccin en estudio.
Ae = rea mnima de cortante en la seccin de un muro estructural, medida en un plano horizontal, en el primer nivel de la estructura en la
direccin en estudio.
eA = rea efectiva del muro (ver D.5.4.1 NSR-98).
mvA = rea efectiva de cortante (ver D.5.4.5.2 NSR-98).
SA = rea de acero de la seccin.
SiA = rea de la barra de acero i.
maxSA = Area de acero mxima a tensin.
SA = rea de acero a compresin. b = Ancho de la seccin.
b = Ancho efectivo del muro (espesor solido equivalente).
=Beq Espesor solido equivalente del muro. =C Fuerza de compresin. =bc Profundidad de la zona a compresin.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
21
mC = Fuerza de compresin en la mampostera.
=PC Coeficiente de presin que depende de forma del edificio (ver tabla B.6.4-2 NSR-98).
SiC = Fuerza de compresin en la barra de acero i.
ViC = Coeficiente que se utiliza para distribuir el cortante basal en los pisos.
D = Carga muerta. d = peralte del refuerzo. De = Longitud horizontal de un muro estructural, en el primer nivel de la
estructura.
id = Peralte de la barra de acero i.
=iXD Distancia en la direccin X entre el centroide del muro i y el centro de rigidez del nivel.
=iYD Distancia en la direccin Y entre el centroide del muro i y el centro de rigidez del nivel.
d= Peralte del refuerzo a compresin. E = Fuerza ssmica de diseo.
e = Espesor nominal del muro.
=Je Capacidad de compresibilidad o elongacin del material sellante. mE = Modulo de elasticidad de la mampostera.
=eq Espesor solido equivalente de la unidad de mampostera. sE = Modulo de elasticidad del acero.
VE = Modulo a cortante de la mampostera.
=Accidentalex Excentricidad accidental en X. = C)(CRex Excentricidad en X debido a la no coincidencia del centro de
masas y el centro de rigidez.
=Totalex Excentricidad total en X. =Accidentaley Excentricidad accidental en Y.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
22
= C)(CRey Excentricidad en Y debido a la no coincidencia del centro de masas y el centro de rigidez.
=Totaley Excentricidad total en Y. F = Es la fuerza cortante aplicada al muro. Fi = Fuerza horizontal equivalente en el nivel i. FME = Fundamentos de la Mampostera Estructural (El presente trabajo).
mf = Esfuerzo de compresin en la fibra ultima de mampostera.
rf = Modulo de ruptura de la mampostera.
SiF = Fuerza en la barra de acero i.
Sif = Esfuerzo de la barra de acero i.
SISMICAF = Fuerzas que se obtienen del anlisis ssmico
YX F,F = Fuerza de piso en la direccin X y Y respectivamente.
=ixF Fuerza distribuida del muro i en X. =iyF Fuerza distribuida del muro i en Y.
yf = Esfuerzo de fluencia en el acero.
cpf = Resistencia a la compresin del mortero de pega. crf = Resistencia a la compresin del mortero de relleno. cuf = Resistencia a la compresin de la unidad de mampostera.
mf = Resistencia a la compresin de la mampostera. sf = Esfuerzo del refuerzo a compresin.
G = Modulo de cortante.
=g Gravedad. H = Carga debido a presin de tierras. h = Altura del muro (2.6 2; 2.6 3; 2.6 5; 2.6 8; 2.6 9 y 2.6 11 hasta
2.6 18)
h = Altura de la unidad de mampostera en mm (2.4 1).
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
23
ih = Altura del nivel i.
nh = Altura total del edificio.
=pih Altura de piso. h= Altura efectiva del muro (ver D.5.4.3 NSR-98) I = Momento de inercia de la seccin transversal. K = Coeficiente relacionado con el periodo fundamental del edificio. K = Rigidez lateral de un muro.
eK = Coeficiente de expansin del mortero.
pK = Factor de correccin por la absorcin de la unidad.
=tK Coeficiente de expansin trmica. L = Carga viva
=WL Longitud total del muro. =Wl Longitud del muro en mm o m (ver D.5.4.4 NSR-98).
Lx = Mxima dimensin del edificio en X.
Ly= Mxima dimensin del edificio en Y.
M = Masa total del edificio.
bM = Momento balanceado.
=buM Momento balanceado reducido. crM = Momento crtico.
im = Masa del nivel i.
nM = Momento nominal.
TM = Momento torsional.
=TxM Momento torsional debido a la accin del sismo en X. =TyM Momento torsional debido a la accin del sismo en Y.
UM = Momento ultimo requerido.
=VOLM Momento de volcamiento. P = Carga unitaria horizontal aplicada en el extremo superior del muro.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
24
=bP Carga axial balanceada. =buP Carga balanceada reducida. =iP Carga vertical total de servicio del piso.
nP = Carga axial nominal.
=0P Carga axial mxima terica. UP = Carga axial ultima.
=q Presin dinmica del viento y depende de la altura del edificio y de la velocidad del viento en la zona (ver tabla B.6.4-1 NSR-98).
=iQ ndice de estabilidad del piso i. r = Relacin entre el rea neta y el rea bruta de las unidades.
mR = factor para hallar la resistencia a la compresin de la mampostera.
0R = Coeficiente bsico de disipacin de energa (ver tabla A.3-1 NSR-98).
ixR = Rigidez del muro i en X.
iyR = Rigidez del muro i en Y.
=aS Espectro de aceleraciones de diseo. =1S Coeficiente topogrfico (ver tabla B.6.5-1 NSR-98). =2S Coeficiente de rugosidad del terreno, del tamao del edificio y altura
sobre el terreno (ver numeral B.6.5.5 NSR-98).
=3S Coeficiente que tiene en cuenta el grado de seguridad y vida til de la estructural (ver numeral B.6.5.6 NSR-98).
=4S Coeficiente que tiene en cuenta le densidad del aire, (ver tabla B.6.6 NSR-98).
=T Fuerza de tensin. t = Espesor efectivo del muro (ver D.5.4.2 NSR-98)
T C = Periodo corto de oscilacin.
TL = Periodo largo de oscilacin.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
25
SiT = Fuerza de tensin en la barra de acero i.
Vi = Fuerza cortante en el piso i.
nV = Cortante nominal.
=SV Cortante en la base de la edificacin (2.10 8). SV = Velocidad del viento (2.10 - 2).
=sV Esfuerzo cortante en el acero. Vu = Fuerza cortante ultima.
xV = Fuerza cortante en X. yV = Fuerza cortante en Y.
W = Carga de viento.
=iW Peso del elemento en estudio. =JW Ancho de la junta de expansin.
CMX = Coordenada X del centro de masas del conjunto de elementos.
=CRX Coordenada X del centro de rigidez del conjunto de muros. iX = Centroide en X del muro i.
=OX Distancia en X hasta el centroide de cada muro. =iX Distancia en X del centroide del elemento.
CMY = Coordenada Y del centro de masas del conjunto de elementos.
=CRY Coordenada Y del centro de rigidez del conjunto de muros. iY = Centroide en Y del muro i.
=OY Distancia en Y hasta el centroide de cada muro. =iY Distancia en Y del centroide del elemento.
= Coeficiente de forma. = Desplazamiento del muro debido a la carga F.
F = Desplazamiento por flexin en un muro. =MAX Deriva mxima.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
26
=T Cambio de temperatura que experimenta la mampostera. T = Desplazamiento total en un muro. V = Desplazamiento por cortante en un muro. = i Desplazamiento horizontal en el nivel i debido a las fuerzas fi. =pd Desplazamiento debido a los efectos p-delta.
= XROT Desplazamiento por rotacin en X.
YROT = Desplazamiento por rotacin en Y. =TOT Desplazamiento total. =
XTRLDesplazamiento por traslacin en X.
=YTRL
Desplazamiento por traslacin en Y.
mu = Deformacin axial ultima de la mampostera. Si = Deformacin de la barra de acero i. a = Coeficiente que tiene en cuenta irregularidades en altura (ver fig. 2.4) P = Coeficiente que tiene en cuenta irregularidades en planta (ver fig. 2.3). = Angulo de rotacin del piso. = Cuanta de acero de refuerzo. =b Cuanta de acero para condiciones balanceadas.
n = Cuanta de refuerzo horizontal para cortante medida sobre una seccin perpendicular al rea efectiva de cortante mvA .
LlenasC# = Numero de celdas llenas en el muro.
TotalesC# = Numero de celdas totales en el muro.
vaciasC# = Numero de celdas vacas en el muro.
= XR Suma de las rigideces en X, de los muros orientados paralelamente al eje X.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
27
= YR Suma de las rigideces en Y, de los muros orientados paralelamente al eje Y.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
28
CAPITULO N 1
GENERALIDADES DE LA MAMPOSTERIA
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
29
1.0 GENERALIDADES DE LA MAMPOSTERIA
La mampostera se define como un sistema constructivo en el cual, se
ensamblan unidades de origen ptreo unidas con un material cementante,
con el fin de formar elementos constructivos que se comporten
monolticamente. Esto permite la elaboracin de grandes construcciones,
mediante la unin de piezas relativamente pequeas que son de ms fcil
manipulacin, adquiriendo las caractersticas de todos sus elementos
(Unidad, Mortero) de manera razonable.
La palabra mampostera proviene del vocablo MAMPUESTO que significa
colocado con las manos, lo que define en esencia el mecanismo de
fabricacin del sistema, de ah que este sistema constructivo haya sido
utilizado desde tiempos primitivos, ya que no necesita de herramientas y maquinas sotisficadas, sino del adecuado trabajo de la mano de obra, por lo
cual se cree que posiblemente fue el primer sistema con fines estructurales
utilizado en la antigedad.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
30
1.1 ANTECEDENTES HISTORICOS.
1.1.1 Mampostera en la antigedad.
Y se dijeron unos a otros: Vamos, hagamos ladrillo y cozmoslo con
fuego. Y les sirvi el ladrillo en lugar de piedra y el asfalto en lugar de
mezcla. Y dijeron: Vamos, edifiqumonos una ciudad y una torre cuya
cspide llegue al cielo. Gnesis Cp. 11, versculo N 3 y 4.
Esta es solo una de las evidencias histricas mas remotas (libro de gnesis,
1513 a.C.) del uso de la mampostera en la antigedad, tomada de una de
las fuentes escritas mas prestigiosas y respetadas LA SANTA BIBLIA. En un principio se utiliz piedras acomodadas con algn propsito, como la
construccin de algunos refugios caractersticos de la edad de piedra
(periodo neoltico, 4000 a 3000 aos AC) y con el tiempo se introdujo la
utilizacin de un material aglomerante que fijar las piedras (inicialmente
barro) para mejorar la colocacin de las mismas, conseguir mayor estabilidad
y por ende mayores alturas.
A travs del desarrollo de la historia humana surgen muestras de grandes
construcciones a base de mampostera y los respectivos avances tcnicos
que hicieron posible las mismas, destacndose en ello las siguientes
civilizaciones:
A. Egipto. En esta civilizacin se destacan las majestuosas pirmides de GISEH
(Kefren, Micerino y Keops que datan del 3180 al 2100 AC) y los templos
de KARNAK y LUXOR. La pirmide de KEOPS es aun una de las
mayores construcciones individuales realizadas por el hombre con
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
31
2300.000 bloques de piedra con pesos entre 2.5 y 60 toneladas fijados
con un mortero de yeso y revestidos con yeso y cal, formando una
pirmide de base cuadrada y 143.5 m de altura.
B. Mesopotamia (caldea y asiria). Caldea.
Las ciudades de UR, Babilonia, Tello y Nipur con sus templos y edificaciones son un buen ejemplo de la utilizacin de la mampostera
en esta civilizacin, para ello desarrollaron la utilizacin del ladrillo de
arcilla, las bvedas, los arcos en mampostera y los revestimientos
calcreos.
Asiria.
Las fortalezas y palacios en las ciudades de Nnive y Korsabad son los ejemplos ms representativos de construcciones en mampostera
en estos pueblos, tambin se destacan la utilizacin mezclada de la
piedra, el ladrillo y el Adobe.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
32
C. China e india. En estas civilizaciones se tienen muestras asombrosas del uso de la
mampostera en la construccin tales como la Gran Muralla China cuya
construccin data del 300 AC, con una altura de 9m y una extensin de
2400 Km. y el Taj Mahal (1600 al 1700 AC).
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
33
D. Grecia. En Grecia se construyeron grandes obras como el palacio de Minos en
Creta (3000 aos AC), el templo de Diana en feso cuya rea de
construccin era de 107 m por 45 m (350 aos AC) y la tumba de
Mausoleo rey de Caria, utilizando mampostera de piedra caliza,
mortero de cal y recubrimiento de mrmol.
E. Roma. Los romanos alcanzaron un gran desarrollo tcnico en la utilizacin de
la mampostera reflejado en monumentos y obras pblicas que perduran
en la actualidad, como el Acueducto de Segovia, el Coliseo Romano y el
Puente de Gard en Francia. Los romanos manejaron tanto la utilizacin
de piedras como la del ladrillo de arcilla en la mampostera influenciados
por Egipto, Grecia y sumeria; Adems crearon diferentes sistemas
constructivos de muros e inventaron el mortero de cemento.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
34
F. Amrica.
En las antiguas civilizaciones Americanas como los Incas, Aztecas y
Mayas se tienen tambin extraordinarias obras en mampostera de
piedra como Machu Pichu, Copan, Tikal y Tenochtitln.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
35
En la edad media y el renacimiento se destacan grandes catedrales
como Santa Sofa en Constantinopla y San Pedro en Roma, as como
grandes castillos, en donde la mampostera jugo un papel
preponderante; Finalmente las ciudades de Europa Y Amrica hasta
comienzos del siglo XX fueron construidas en mampostera de ladrillo.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
36
1.1.2 Mampostera en la actualidad.
En la actualidad el uso de la mampostera se ve reflejado en construcciones
de tipo residencial, comercial, edificios de oficinas, entre otras. En cuanto a
las construcciones de tipo residencial, se ha observado un aumento
significativo del uso de la mampostera en viviendas de inters social de nivel
bajo, medio y alto (Vase Fotos 17, 18, 19), por las ventajas que el sistema
presenta en cuanto a economa y rapidez en la construccin.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
37
En cuanto al uso en edificaciones de tipo comercial, las grandes cadenas de
supermercados construyen sus instalaciones y locales con este sistema
constructivo.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
38
En edificaciones destinadas a oficinas y apartamentos, su uso se esta
incrementando, ya que en este tipo construcciones se conservan
inmodificables los espacios arquitectnicos, permitiendo el ptimo
comportamiento estructural de estas edificaciones.
Por otra parte en cuanto a los mtodos de anlisis y diseo, se ha
evolucionado de los empricos aplicados en la antigedad a mtodos
racionales como lo son el METODO SIMPLIFICADO, EL BATERIA, EL
DINAMICO, ANALOGIA COLUMNA ANCHA - VIGA ACOPLADA Y EL
ANALISIS POR ELEMENTOS FINITOS, que se aplican actualmente.
En 1937 se comenzaron a reglamentar y normalizar el anlisis y diseo de
elementos de mampostera a travs de cdigos como el UBC, quien incluy
el diseo por esfuerzos admisibles para este tipo de estructuras. En
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
39
Colombia a partir de 1984, se comenz con esta reglamentacin pasando por
cdigos como el CCCSR-84, hasta la NSR 98, cdigo que actualmente rige
la construccin sismorresistente en Colombia y que incluye un capitulo
especial dentro de ella (TITULO D) para normalizar y reglamentar este tipo
de construcciones.
Este sistema constructivo se ha generalizado en todo el pas, ciudades
industrializadas como Medelln lo utilizan en gran escala, segn estudios
realizados por el DANE, en esta ciudad ms del 50 % de las construcciones
son realizadas en mampostera estructural.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
40
1.2 SISTEMA DE MUROS DE CARGA.
1.2.1 Descripcin. Un sistema estructural es un conjunto de elementos ensamblados para
recibir, soportar y trasmitir hasta el suelo de soporte las diferentes cargas a
las que estar sometido. El sistema de muros de carga consta de elementos estructurales laminares (verticales y horizontales) tales como muros y losas
de entrepiso, que se interceptan conformando una especie de cajn, los
cuales fijados uno encima del otro se comportan como una viga en voladizo.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
41
Una de las caractersticas principales del sistema de muros portantes es su
gran resistencia al desplazamiento lateral, esto debido al aporte de los muros
estructurales que son fuertes en su plano. La falla predominante en este
sistema es la de cortante, por lo cual no se puede esperar grandes
caractersticas de disipacin de energa en el rango inelstico, es por esta
razn que a estos muros se les denominan muros de cortante.
El campo de uso de estos sistemas se concentra en edificios de baja y media
altura, no porque su desempeo estructural sea inadecuado, sino porque el
sistema requiere mantener en todos los pisos una misma distribucin de
espacios lo que a veces es difcil, adems edificios de gran altura concentran
grandes esfuerzos axiales de compresin en los pisos inferiores, lo que
requiere espesores de muros considerables para soportar tales esfuerzos.
Por otra parte desde el punto de vista funcional es muy ventajoso, ya que
utiliza los muros que habitualmente conforman los espacios arquitectnicos
como elementos estructurales, dndoles una caracterstica multifuncional lo
que en muchos casos lo hace mas econmico que otros sistemas, como el
de prticos que tambin utiliza los muros como elementos arquitectnicos y
adicional a esto utiliza columnas y vigas como elementos estructurales.
Desde el punto de vista de su comportamiento estructural hay otros sistemas
como los prticos con diagonales que aun cuando no se ajustan a la anterior
descripcin, son clasificados como muros de carga, ya que tienen un
comportamiento similar a aquellos ante la accin de cargas laterales; es por
esto que la NSR-98 define al sistema de muros portantes como un sistema
estructural que no dispone de un prtico esencialmente completo, y en el
cual las cargas verticales son resistidas por los muros de carga y las
horizontales por muros estructurales o prticos con diagonales.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
42
1.2.2 Partes del sistema.
Los elementos que constituyen el sistema de muros de carga son la losa de
entrepiso (A), los muros estructurales (B), las conexiones (C) y la
cimentacin (D).
A. Losas de entrepiso. Es un elemento laminar orientado en forma horizontal cuyas consideraciones
en el anlisis estructural lo sitan como el punto de partida en la ruta de
transmisin de las cargas hasta el suelo de soporte.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
43
Sus funciones estructurales son:
Recoger las cargas verticales (muertas y vivas) generadas en cada piso y transmitirlas a los muros.
Transmitir y distribuir mediante la accin de diafragma horizontal las cargas horizontales (viento o sismo) a los muros.
Servir de soporte lateral y confinamiento de los muros para que estos no se comporten como muros esbeltos.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
44
En cuanto a las cargas horizontales, estas actan paralelamente al plano de
la losa y por tanto producen flexin en su plano y deformaciones en las
mismas (accin como viga de la losa). Estas deformaciones juegan un papel
importante ya que de ello depende la distribucin de las mencionadas cargas
horizontales entre los muros.
En base a lo anterior existen varios tipos de losas, las que se comportan
como diafragmas rgidos, las semirrgidas (de las cuales no se har mencin
en este proyecto), y las losas que se comportan como diafragmas flexibles.
Diafragma horizontal rgido.
Son aquellos que prcticamente se conservan indeformables en su plano
bajo la accin de las cargas horizontales en comparacin con los elementos
verticales de resistencia lateral (muros), por tanto los desplazamientos
horizontales de todos los muros adheridos al diafragma en un mismo nivel
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
45
son iguales y en consecuencia la distribucin de la fuerza cortante debida a
las cargas horizontales en los muros se hace en base a las rigideces
relativas de los mismos.
Diafragma horizontal flexible. Son aquellos que tienen poca rigidez en su plano y se deforman
significativamente bajo la accin de las cargas laterales en comparacin con
los elementos verticales de resistencia lateral (muros), por tanto las
deformaciones causadas en los muros adheridos a ellos son distintas y la
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
46
distribucin de la fuerza cortante debida a cargas laterales se hace en base a
las reas tributaras o reas aferentes a cada muro.
B. Muros.
Es un elemento laminar orientado de forma vertical, cuya presencia es
sumamente importante desde el punto de vista estructural, ya que el
conjunto de estos forman el sistema de resistencia ssmica de la estructura;
adems estos tambin brindan apoyo a las losas de entrepiso y conforman
los espacios y las formas arquitectnicas.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
47
Sus funciones estructurales son:
Tomar de las losas de entrepiso las cargas verticales generadas en
cada piso y transmitirlas hasta la cimentacin incluyendo su peso
propio y soportando los respectivos esfuerzos axiales de compresin
y tensin.
Recibir de las losas de entrepiso las cargas horizontales, adems de soportar los esfuerzos y efectos de torsin generados por las mismas.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
48
Segn su funcin estructural los muros pueden clasificarse en:
Muros no estructurales.
Son muros cuya funciones principales son las de conformar los espacios
arquitectnicos, resistir las cargas provenientes de su propio peso en su
plano y los esfuerzos provenientes de las fuerzas ssmicas provocadas
por su propio peso, en los niveles en los que estn ubicados, y los
provocados por las cargas de viento cuando estn expuestos al efectos
de de este; estos a su vez se dividen en muros divisorios, muros de
fachada, parapetos, sillares y antepechos.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
49
Muros estructurales. Es un muro que ha sido concebido para soportar cargas distintas a su
propio peso, por tanto debe estar diseado para resistir las diferentes
solicitaciones a las que esta sometido, ya sean verticales u horizontales y
pueden clasificarse en:
Muro de carga:
Bsicamente es un muro que sirve de apoyo al sistema de entrepiso, en
consecuencia recibe y transmite principalmente cargas verticales
adicionales a su propio peso, adems de horizontales y se caracteriza por
ser continuo desde la cimentacin hasta el ltimo piso.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
50
Muro de cortante. Es un muro que recibe y soporta cargas horizontales (viento y sismo)
mediante esfuerzos de cortante y flexin en su plano, pueden ser de
carga o no, adems tambin debe ser continuo desde la base hasta la
cubierta.
C. Conexiones. Un conexin esta definida como un mecanismo para asegurar dos o mas
piezas, partes o miembros entre si, incluye las anclas o pernos, los
conectores y los sujetadores.
Anclas o pernos: conectan la mampostera a otros elementos estructurales.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
51
Conectores: interconectan diferentes tipos de muros. Sujetadores: conectan elementos no estructurales a la mampostera
estructural.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
52
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
53
Las conexiones cobran vital importancia en el comportamiento estructural del
sistema de muros portantes, ya que son estas quienes garantizan la accin
conjunta de losas y muros mediante la adecuada transmisin de las cargas
verticales y laterales, por lo cal se debe tener especial cuidado al momento
de disear y detallar dichas conexiones.
D. Cimentacin.
Es el elemento que finalmente transmite las diferentes cargas verticales y
horizontales que actan sobre toda la estructura al suelo de soporte, por
tanto su anlisis y diseo debe ser cuidadoso y adems siendo el sistema de
muros de carga altamente rgido es conveniente que esta tenga, la suficiente
rigidez para minimizar el riesgo de asentamientos diferenciales y la
capacidad de resistir la accin de volcamiento que generan las cargas
horizontales, y adems distribuir uniformemente las cargas verticales.
Los tipos de cimientos mas usados en mampostera son las vigas
rectangulares, vigas T invertidas y vigas L corridas; adicional a estos tipos y
con usos no tan frecuentes se encuentran las placas de cimentacin.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
54
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
55
1.2.3 Comportamiento estructural del sistema de muros de carga.
El comportamiento estructural del sistema de muros portantes esta basado
en la accin conjunta de los elementos estructurales que lo constituyen
(losas, muros, conexiones y cimentacin). Lo anterior permite que se forme
un sistema Tipo Cajn con grandes ventajas, tales como la existencia de
elementos laminares verticales en las dos direcciones ortogonales, los cuales
resisten las fuerzas laterales en su plano, ya que estos poseen gran rigidez y
resistencia. Para el funcionamiento en cajn se requiere que la losa forme un
diafragma horizontal preferiblemente rgido ante cargas en su plano, de
manera que las cargas laterales puedan ser transmitidas a los muros ms
rgidos en cada direccin. Las conexiones juegan un papel preponderante en
este aspecto del comportamiento estructural, ya que ellas garantizan un
comportamiento monoltico y son las encargadas de resistir fuerzas cortantes
y tensiones provocadas por los momentos de volteo que se dan por la accin
de las cargas laterales en cada nivel.
A continuacin se describe el comportamiento del sistema ante las diferentes
solicitaciones que se pueden presentar:
A. Carga vertical. Las cargas verticales son de dos tipos, las cargas vivas que corresponden a
las generadas por el uso y tipo de edificacin, y las cargas muertas
correspondientes al peso propio de la misma.
Estas solicitaciones exceptuando el peso propio de los muros estructurales,
son recogidas y transmitidas por las losas de entrepiso mediante la flexin a
los muros portantes, quienes a su vez suman su peso propio y transmiten la
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
56
carga axial as generada a los muros portantes de los pisos inferiores,
crendose un proceso acumulativo que termina en la cimentacin (Vase
Fig. 1.18).
Los esfuerzos inducidos en los muros por la transmisin de las cargas
verticales son en su mayora esfuerzos axiales de compresin, aunque en
algunos casos se puede presentar flexin por excentricidades de las cargas
con respecto al eje de los muros, como sucede cuando existen voladizos y
losas de entrepiso apoyadas en los bordes de los muros.
Por otra parte es necesario garantizar en las losas de entrepiso la suficiente
rigidez a la flexin para evitar que estas se deflecten e induzcan flexin fuera
del plano a los muros.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
57
B. Carga horizontal. Se considera que las cargas horizontales estn aplicadas a nivel de las losas
de entrepiso, ya que estas concentran una gran masa a un mismo nivel y al
actuar ellas como diafragmas horizontales, transmiten y distribuyen la carga
horizontal a los muros estructurales orientados paralelamente a la direccin
de dicha carga, ya que son estos quienes estn en la capacidad de resistirla
y disiparla. Esta transmisin de carga induce en la losa unos esfuerzos de
flexin en su plano por lo cual, esta debe estar en condiciones de absorber
las fuerzas internas de traccin, compresin y cortante producidas por dichas
cargas.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
58
Las fuerzas laterales producidas ya sea por sismo o viento, generan en los
muros esfuerzos de flexin y cortante, ya que estos actan como una viga
en voladizo empotrada en la cimentacin (Vase Fig. 1.19).
Por otra parte en cuanto a la accin de las fuerzas ssmicas, el sistema de
muros portantes por su gran rigidez presenta mayor participacin en la
respuesta de los modos fundamentales de vibracin, por lo cual experimenta
periodos bajos de oscilacin, esto es altas frecuencias, generando una mayor
fuerza inercial.
C. Combinacin de carga vertical y horizontal.
En base a lo establecido anteriormente, bajo carga vertical los muros
presentan principalmente fuerzas axiales de compresin y bajo cargas
horizontales el muro experimenta fuerzas cortantes y momentos flectores por
tanto la accin simultanea de cargas verticales y horizontales genera un
estado de esfuerzos de flexo-compresin que debe ser analizado con mucho
cuidado.
Para establecer la condicin ms desfavorable en cada elemento estructural
(muro) y entrar a disear se debe estudiar los efectos que producen cada
solicitacin (vertical y horizontal) por separado y adems evaluar los que
produciran al combinarse; por ejemplo se sabe que las fuerzas verticales
producen esfuerzos de compresin en los muros, y al participar las fuerzas
laterales estas inducen esfuerzos de cortante y flexin, este ltimo produce
sobre algunas zonas de los muros un incremento en los esfuerzos de
compresin, que sumados a los producidos por las cargas verticales crean
una condicin desfavorable (Vase figura 1.20).
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
59
Por otra parte para una misma carga lateral, la condicin ms critica para
esfuerzos de compresin en los muros se da cuando la carga axial es
mxima (carga muerta + carga viva) y para esfuerzos de traccin cuando la
carga axial es mnima (carga muerta) es por esto necesario analizar la
ocurrencia de la combinacin de tales cargas, teniendo en cuenta los
diferentes tipos de carga, sus efectos mas desfavorables y probabilidad de
ocurrencia; para lo cual la NSR-98 prescribe un conjunto de combinaciones
de carga dependiendo del mtodo de diseo y el material estructural en su
titulo B.
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
60
1.2.4 Clasificacin del sistema de muros de carga.
En base a la definicin de sistema de muros de carga dada por la NSR-98,
esta presenta una clasificacin de los mismos en la tabla A.3-1 del titulo A de
la misma.
En la siguiente tabla que es una adaptacin de la presentada por la NSR-98,
se observan tres tipos generales de sistemas de muros de carga, los paneles
estructurales de madera, los muros estructurales y los prticos con
diagonales, de los cuales en muros estructurales, se reconocen nueve tipos
de sistemas estructurales que en general pueden agruparse en dos grandes
grupos, los muros de concreto y los muros de mampostera estructural.
TABLA 1.1 SISTEMA ESTRUCTURAL DE MUROS DE CARGA
A. SISTEMA DE MUROS DE CARGA
Sistemas en mampostera estructural
Sistemas objeto de
estudio del proyecto
Sistema de resistencia ssmica
(fuerzas horizontales)
Sistema de resistencia Para cargas verticales
1. Paneles de cortante de madera.
Muros ligeros de madera laminada.
2. Muros estructurales. a. muros de concreto con capacidad especial de disipacin de energa (DES).
el mismo
b. muros de concreto con capacidad moderada de disipacin de energa (DMO).
el mismo
c. muros de concreto con capacidad mnima de disipacin de energa (DMI).
el mismo
d. muros de mampostera reforzada de bloque de perforacin vertical con todas las celas llenas (DES).
el mismo X
X
e. muros de mampostera reforzada de bloque de perforacin vertical (DMO).
el mismo X
X
-
Fundamentos y Aplicacin de la Mampostera Estructural
Remberto Mendoza Ros Roger Rodelo Martnez
61
f. muros de mampostera parcialmente reforzada de bloque de perforacin vertical (DMI).
el mismo X
X
g. muros de mampostera confinada (DMO).