17-Mampostería no estructural

MAMPOSTERÍA MAMPOSTERÍA ESTRUCTURALESTRUCTURAL

INGENIERIA DEL CONCRETO LTDA

Principios Principios FundamentalesFundamentales

DIVISIÓN EDUCACIONAL

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Josef Farbiarz F.Josef Farbiarz F.

CARGAS VERTICALESDebidas sólo a su propio peso

CARGAS VERTICALES

Estructura de soporte del muro no estructural

Muro no estructural

P

CARGAS HORIZONTALESDebidas a viento o sismo

CARGAS DE SISMO

Estructura de soporte del muro no estructural

Muro no estructuralFs

Fuerza paralela al plano del muro

CARGAS DE SISMO

Estructura de soporte del muro no estructural

Muro no estructural

Fs

Fuerza perpendicular al plano del muro

CARGAS DE VIENTO

Fv

Fuerza de sismo o viento

Fuerza de sismo

CARGAS APLICADAS

Peso propio

Acciones en el muro

PPFs

d

Fs

d

Acciones en el muro

P

M

P

MFs

Fs

TENSIONES INTERNAS

• Tensiones internas de compresión debido a P

• Tensiones internas de flexión debido a M

• Tensiones internas de cortante debido a Fs

TENSIONES INTERNAS DE COMPRESION

fa = A

P

P P

fafa

TENSIONES INTERNAS DE FLEXION

fb =

M MI

M y

fb = b l²

6 M

fbfb

TENSIONES INTERNAS DE CORTANTE

fv =

V V

Av

V

fv

fv

TENSIONES INTERNAS COMBINADOS DE

FLEXO-COMPRESION

TENSIONES INTERNAS COMBINADAS

MM

P P

Tensiones combinadas

L o t

Eje neutroe

P

M = P x e

Estado de compresión total

L o t

fa + fb

fa - fb

e

P

e < L / 6Eje neutro

e < t / 6

Estado de tracción nula

fa + fb

fa - fb = 0

e = L / 6e

P

Eje neutro

L o t

e = t / 6

DISTANCIA DE MAXIMA FLEXION

Es la distancia e para la cual, la ordenada de tracción es igual a cero

e = L / 6Msc =

P L

6e = t / 6Msc =

P t

6

Estado de compresión y tracciónfa - fb < Ft

L o t

fa + fb

fa - fb

e > L / 6e

P

Eje neutro

El valor de fa - fb debe ser menor que la resistencia a la tracción de la mampostería Ft

e > t / 6

Estado de compresión y tracciónfa - fb > Ft

L o t

f < f’m

e > L / 6e

P

Eje neutro

e > t / 6

f = 3 b (L - 2 e)

4 P

Estado de rotación crítico

L o t

f < f’m

e ≈ L / 2e

P

Eje neutro

MECANISMO DE FALLA Y COLAPSO DE UN MURO

DE MAMPOSTERIA NO ESTRUCTURAL

Se considera la falla de un muro de mampostería no estructural cuando hay agrietamiento o

colapso

CAUSAS DE FALLA

• Agrietamiento– Se supera la resistencia a tracción del muro– Se abren secciones debilitadas por aberturas en los

muros

• Colapso

– Pérdida de estabilidad por agrietamiento– Pérdida de estabilidad por carencia de soporte

Tracción perpendicular a la junta horizontal

Tracción perpendicular a la junta vertical(unidad fuerte)

Tracción perpendicular a la junta vertical(unidad débil)

Un muro sometido a cargas de viento o sismo pasa por los

siguientes estados hasta sufrir el colapso

CARGAS PERPENDICULARES AL PLANO DEL MURO

Muro sin soporte superior

Estado inicial

Estado de Tensiones en la base del muro

P=0

P1

Estado máximo de flexión en la base

Estado de Tensiones en la base del muro

Rotación en la base

P2 > P1

Estado de Tensiones en la base del muro

Colapso

Mecanismo de colpaso

P1

Estado máximo de flexión en la base

Rotación en la base

P2 > P1

Colapso

Este mecanismo se da con pequeños valores de carga horizontal por lo

tanto, debe soportarse el muro en la parte superior

Muro con soporte superior

Estado inicial

P=0

Estado de Tensiones en la base del muro

P1

Estado máximo de flexión en la base

Estado de Tensiones en la base del muro

Redistribución de de Tensiones en el muro

Rotación en la base

P2 > P1

Estado máximo de flexión en el centro del muro

P3 > P2

Estado de Tensiones en el centro del muro

Primera grieta

P4 > P3

Estado de Tensiones en el centro del muro

Formación del mecanismo de colapso

P5 < P4

Estado de Tensiones en el centro del muro

Se abre la grieta

Colapso

P5 < P4

Estado de Tensiones en el centro del muro

Mecanismo de colapso

Car

ga la

tera

l apl

icad

a P

Deflexión lateral en el centro de la luz

P1

Car

ga la

tera

l apl

icad

a P

Deflexión lateral en el centro de la luz

P2 > P1

Rota la base

Car

ga la

tera

l apl

icad

a P

Deflexión lateral en el centro de la luz

Rota la base

P3 > P2

Car

ga la

tera

l apl

icad

a P

Deflexión lateral en el centro de la luz

Rota la base

P4 > P3

Se agrieta el muro

Car

ga la

tera

l apl

icad

a P

Deflexión lateral en el centro de la luz

Rota la base

Se agrieta en el centro

P5 < P4

Car

ga la

tera

l apl

icad

a P

Deflexión lateral en el centro de la luz

Rota la base

Se agrieta en el centro

P5 < P4

Se forma el Mecanismo de colapso

Rota la base

Se agrieta en el centro

Se forma el mecanismo

Se colapsaCar

ga la

tera

l apl

icad

a P

Deflexión lateral en el centro de la luz

Muro con soportes laterales

Sin apoyo en la base

Estado inicial

P=0

Estado de Tensiones en la base del muro

Se aplica carga

P1

Estado de Tensiones en la base del muro

Estado máximo de flexión en el centro del muro

P2 > P1

Estado de Tensiones en el centro del muro

P3 > P2

Primera grieta

Estado de Tensiones en el centro del muro

P4 < P3

Formación del mecanismo de colapso

Estado de Tensiones en el centro del muro

Se abre la grieta

P4 < P3

Colapso

Estado de Tensiones en el centro del muro

Estado inicial

Se aplica carga

P1

Estado máximo de flexión en el centro del muro

P2 > P1

P3 > P2

Primera grieta

P4 < P3

Formación del mecanismo de colapso

P4 < P3

Colapso

Muro con soportes laterales

Con apoyo en la base

Estado inicial

P=0

Estado de Tensiones en la base del muro

P1

Estado máximo de flexión en la base

Estado de Tensiones en la base del muro

Estado máximo de flexión en el centro del muro

P2 > P1

Estado de Tensiones en muro

P3 > P2

Primera grieta

Estado de Tensiones en muro

P4 < P3

Formación del mecanismo de colapso

Se abre la grieta

Estado de Tensiones en muro

P4 < P3

Colapso

Estado de Tensiones en muro

Muro con soportes laterales y soporte superior

Estado inicial

P=0

Estado de Tensiones en la base del muro

P1

Estado máximo de flexión en la base

Estado de Tensiones en la base del muro

Estado máximo de flexión en el centro del muro

P2 > P1

Estado de Tensiones en muro

P3 > P2

Primera grieta

Estado de Tensiones en muro

P4 < P3

Formación del mecanismo de colapso

Se abre la grieta

Estado de Tensiones en muro

P4 < P3

Colapso

Estado de Tensiones en muro

CARGAS PARALELAS AL PLANO DEL MURO

Muro confinado por estructura

Muro confinado por estructura

Muro confinado por estructura

Muro confinado por estructura con ventana

Muro confinado por estructura con ventana

TIPOS DE FALLA DE MUROS NO

ESTRUCTURALES

CARGAS PERPENDICULARES AL PLANO DEL MURO

Soporte Superior

Soporte inferior

Falla de flexión por tracción perpendicular a la junta horizontal

Soporte Superior

Soporte inferior

Falla de flexión por tracción paralela a la junta horizontal (unidad fuerte)

Soporte lateral

Soporte lateral

Soporte Superior

Soporte inferior

Soporte lateral

Falla de flexión por tracción paralela a la junta horizontal (unidad débil)

Soporte lateral

Soporte Superior

Soporte inferior

Soporte lateral

Soporte lateral

Falla por flexión bidireccional panel cuadrado

Soporte Superior

Soporte inferior

Soporte lateral

Soporte lateral

Falla por flexión bidireccional panel rectangular

CARGAS PARALELAS AL PLANO DEL MURO

Falla por cortante(mortero fuerte, unidad débil)

Soporte Superior

Soporte inferior

Falla por cortante(Baja carga vertical)

Soporte Superior

Soporte inferior

Falla por cortante(mortero débil, unidad fuerte)

Soporte Superior

Soporte inferior

Falla por flexión

Soporte Superior

Soporte inferior

Falla por compresión

Soporte Superior

Soporte inferior

CRITERIOS DE ANALISIS Y DISEÑO

ESTRATEGIAS PARA ANALISIS Y DISEÑO

• Separarlos de la estructura

• Disponer elementos que admitan las

deformaciones de la estructura

Separarlos de la estructura

Para que no sean sometidos a fuerzas diferentes a las inerciales propias

Deriva de piso Deriva de piso

• Lateralmente para que la estructura no les induzca fuerzas que los dañen, y que ellos no interfieran con el comportamiento de la estructura.

• En la parte superior para evitar el daño por las fuerzas que le induce la estructura

¿ Donde separar los muros ?

Unirlos a la estructura

Para que las fuerzas inerciales sean transferidas y se evite el volcamiento

¿ Donde unir los muros ?

• En la parte superior, en el sentido perpendicular al plano del muro para evitar el volcamiento.

• En la parte inferior en los áticos, muros interiores y muros de fachada de acuerdo con el anclaje permitido para cada caso.

Algunos tipos de anclaje o uniones

• Mortero

• Pletinas de acero continuas

• Pletinas de acero discontinuas

• Angulos de acero continuos

• Angulos de acero discontinuos

• Barras de refuerzo continuas

• Barras de refuerzo discontinuas

Disponer de elementos que admitan deformaciones

Suficientemente flexibles que atiendan toda o parte de las deformaciones

Aislante

Deriva de piso

Aislantes

• Modelo de análisis

• Tipos de aislantes

• Características físicas y mecánicas

Modelo de análisis

AislanteEstructuraMuro de mampostería

Estructura de rigidez equivalente

Modelo matemático

Estructura equivalente de rigidez Ke

Aislante de rigidez Ka

Fuerza sismo

Fuerza estructura

Fuerza muro

Modelo de resortes

Resorte

δ

R= Fr = ( Kr δ )

Fr = ( Kr δ )

δF

F

F= f (Kr, δ )

F= f (Kr, δ )

• Principio de los desplazamientos iguales:Bajo ciertas condiciones, las deformaciones inelásticas se mantienen iguales, o inclusive menores, que las calculadas con métodos elásticos.

elástica nDeformacióinelástica nDeformació

ticocaracterís PeríodoTestructura la de vibración de PeríodoT

( elástica RespuestaFcedencia de aResistenciF

:donde

eing

ey

=δ=δ=

==ξ=

=%)2

11T

2TF

F

e

in

ge

y≤

δ

δ⇒≥+

Tamaño de la separaciónTamaño de la separación

No es aplicable para períodos bajos

(T< ≅≅0,5)

Shimazaki y Sozen

0.001

0.010

0.100

1.000

0.01 0.1 1 10

Período T, (s)

Energía√√ E/m

(m/s)

Castaic

Corralitos NS México EW

Viña del Mar

Período característicoPeríodo característico

ü A. Lepage propone una expresión que se cumple

independientemente de la relación entre resistencias y períodos:

La ecuación está limitada, sin embargo, a los casos en que se cumpla que:

2T4

gTF2

gain

π

α=δ

gravedad la de naceleració la y maacelerogra el en registrada terreno del naceleració máxima la entre relación

gravedad la de naceleració gnesaceleracio de espectro del iónamplificac de ecoeficient F

:dondea

=α=

=

Tamaño de la juntaTamaño de la junta(Continuación...)(Continuación...)

8,0≤gT2T

üDeriva de piso obtenida de un análisis elástico estimado sensato para la dimensión de la junta lateral.

üAñadir un porcentaje adicional para evitar densificación del material.

üLa junta superior debe ser similar a la suma de la deformación instantánea y la deformación por flujo plástico de la viga.

Tamaño de la juntaTamaño de la junta(Continuación...)(Continuación...)

Deriva

∆∆ i+∆∆fp

Características físicas y mecánicas requeridas como aislante estructural

• Aislante visual

• Soporte para acabado

• Aislante acústico y térmico

• Impermeable (donde se requiera)

• Baja rigidez (flexible)– A cargas estáticas y dinámicas

• No biodegradable

• Fácil reemplazo y reparación

Aislantes posibles

• Aire

• Morteros elásticos

• Espumas sintéticas

• Cauchos

• Neoprenos

• Lanas minerales

• Molduras plásticas deformables

• ......................................

Modelos matemáticos de análisis

hp

qp

hp

qpA

B

hp

Voladizo Simplemente apoyado

Voladizo apoyado

Panel bidireccionalapoyado en tres o cuatro bordes

Formas de reforzamiento

Un muro no estructural, debe reforzarse cuando se supera

el esfuerzo admisible a tracción por flexión de la

mampostería

Formas de reforzar• Refuerzo interior en las celdas

de perforación vertical

• Viguetas (columnetas) de hormigón reforzado combinadas con unidades de perforación horizontal

• Revoques reforzados con malla

PROPUESTAS DE SOLUCIÓN PARA LOS

MUROS DE MAMPOSTERIA NO

ESTRUCTURAL

ESQUEMA DE MUROS EN PLANTA

Muros interiores

Problemática de la práctica tradicional de construcción de

muros interiores

• Vinculación a la estructura

• Aberturas para colocación de tuberías

• No hay diseño estructural

Aspectos a considerar en la solución de los muros interiores

• Soporte inferior

• Soporte superior– Libre en el sentido paralelo al plano

– Restringido en el sentido perpendicular al plano

• Aislamiento de la estructura– Lateral y superior

• Detalles de acabado

MUROS INTERIORES

Tipos de unidades utilizadas en la construcción de muros interiores

Soporte inferior

Barra de refuerzo delgada

Muro

Soporte inferior

Muro pegado con mortero a la estructura de hormigón

Sólo para muros interiores

PisoAislante del piso

Muro

Losa

VIGA

PLETINA

CELDA RELLENA

BARRA DEREFUERZO

ULTIMA HILADASIN RELLENO

Conexión para estabilidad transversalConexión para estabilidad transversal

Muro soportado con ángulos metálicos discontinuos

Angulo metálico discontinuo

AislanteMuro

Losa

Conexión para estabilidad Conexión para estabilidad transversaltransversal

Muro soportado con ángulo metálico continuo

Angulo metálico continuo

AislanteMuro

Losa

Conexión para estabilidad Conexión para estabilidad transversaltransversal

Muro soportado con pines de refuerzo

Barra de refuerzo delgada

Aislante

Muro

Losa

Tubo plástico

Conexión para estabilidad Conexión para estabilidad transversaltransversal

Muro soportado con pines de refuerzo

Barra de refuerzo Aislante

Muro

Losa

Mortero

Conexión para estabilidad Conexión para estabilidad transversaltransversal

Aislamiento lateralAislamiento lateral

Columna o viga

Mampostería

Junta de aislamiento

AislanteRespaldo

Revoque

Detalle de aislamiento parcialDetalle de aislamiento parcial(Continuación...)(Continuación...)

aislante

Junta de aislamiento

21

Sección rectangular2:1

Muros de fachada

Problemática de la práctica tradicional de construcción de

muros de fachada

• Vinculación a la estructura

• Desprendimiento de chapas

• Colapso de áticos

• Muros volados de la estructura

• Regatas para colocación de tuberías

• No hay diseño estructural

Vinculación de muro de fachada en esquina

Columna

Muro fachada

Enchape

Vinculación de muro de fachada interior

Columna

Muro fachada

Enchape

Muro delgado volado de la fachada

Cuelga

Piso

Losa

Muro Fachada

Losa

Sentido del sismoPeso del muro

Fuerzas de adherencia

Desprendimiento de chapas

Aspectos a considerar en la solución de los muros de fachada

• Anclaje inferior

• Anclaje superior– Libre en el sentido paralelo al plano

– Restringido en el sentido perpendicular al plano

• Aislamiento de la estructura– Lateral y superior

• Detalles de acabado

• Impermeabilidad

MUROS DE FACHADA

Tipos de unidades utilizadas en la construcción de muros de fachada

Fachadas a la vista

Tipos de unidades utilizadas en la construcción de muros de fachada

Fachadas revocadas

Alternativas de solución

Chapa

Columna

Losa

Muro fachada

Revoque

Columna

Losa

Columna

Losa

Muro fachada

Fachada revocada

Fachada flotanteFachada enchapada

Fachada enchapada

Sellante

Piso

Losa

Muro Fachada e=15 mínimo

Barra de refuerzo

Barra soldada

Fachada revocada

Sellante

Piso

Losa

Muro Fachada

Barra de refuerzo

Revoque

Apoyada piso a piso

Fachada flotante

Muro fachada

Apoyada abajo

Muro fachada

Angulo metálico Anclaje

Fachada flotante

Piso

Losa

Muro Fachada

Angulo metálico continuo

Barra de refuerzo continua o discontinua

Sellante

Fachada flotante

Piso

Losa

Muro Fachada

Anclaje en losa

Barra de refuerzo

Pieza con corte en V

Fachada flotante

Piso

Losa o viga de fundación

Muro Fachada

Anclaje en losa

Barra de refuerzoAnclada en fundación

Muro de fachada en esquina (planta)

Muro de fachada interior (planta)

EJEMPLO DE DISEÑO DE UN MURO DE

MAMPOSTERIA NO ESTRUCTURAL

Edificio de 7 niveles

PASOS A SEGUIR

• Definición del grado de desempeño

• Fuerzas sísmicas de diseño

• Análisis estructural

• Revisión de Tensiones

• Diseño de apoyos

Se diseñará un muro de 10 cm de espesor por un metro de longitud en el sentido perpendicular al plano del muro

Definicion del grado de desempeño

Edificación de grupo de uso I Grado de desempeño bajo

Fuerzas sísmicasNivel

76543210

Masa (Mg)

0.970.2230.2230.2330.2330.2330.233------

h (m)

23.6120.6117.6114.6110.787.043.26------

m hk

4.0467.9166.5755.5043.8452.3260.938------

Cvx

0.12990.25410.21110.17670.12340.07470.0301-------

ax

1.03180.87870.73000.58360.40890.24590.09980.2500

aC V

m g2 S

xvx s

xa

=⋅

⋅≤ ⋅ S=1.5

Aa=0.25I=1.0

T = 0.86 sSa = 0.5233Vs = 7.56 MN

hp = h2 - h1 = 3.78 max = 0.0998ap = 1.0 (muro apoyado arriba y abajo)Rp= 0.5 (anclaje húmedo)

Fa a

Rg M

A I2

g Mpx p

pp

ap=

⋅⋅ ⋅ ≥

⋅⋅ ⋅

MP = 0,1 x 1 x 1 300 = 491,4 kgFp = 0,0998 x 1 x 9,81 x 491,4 / 0,5 = 962,2 N

Muro en el primer nivel

Estado 1

h M = 0,91 kN · mP = 4,82 kN0,96 kN

Muro apoyado abajo y apoyado arriba

Estado 3

hp

Md = 0,09 kN·mP = 4,82 kN

Muro desplazado por la deriva de piso

3,78 cm

A

B

Estado final

hp

Con estos valores se hace la revisión de tensiones

Superposición de efectos

3,78 cm

A

B

0,96 kN

M = 1,00 kN·mP = 4,82 kN

33,135

≤′

+′ m

b

em

a

ff

Rff

Control por tracción

Tracción perpendicular a la junta horizontal, mortero tipo N

Unidades huecas Unidades macizas o rellenas

Mortero M o S Mortero N Mortero M o S Mortero N

Tracción perpendicular a la junta horizontal

0,15 0,10 0,25 0,19

Tracción perpendicular a la junta vertical

0,30 0,22 0,50 0,37

Cortante

Cortante resistente de la mampostería

( ) MPa 2,056,02,040 amam

mv ff

ff +≤+

′≤

CONCLUSIONES

• Aislar los muros de la estructura con aislantes adecuados– Lateral

– Superior en el sentido paralelo al plano

• Soportar los muros a la estructura– Superior en el sentido perpendicular

• Anclar los muros– En fachada

– En áticos y parapetos

CONCLUSIONES

• Diseñar estructuralmente los muros

• Modificar la práctica tradicional de construcción de los muros

• Modificar la práctica tradicional de colocación de tuberías

CONTINÚA EN 18-TALLER DE ANÁLISIS