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Engineering
Construction
Ingeniera
Arquitectura
Construccin
Engineering
Construction
Ingeniera
Arquitectura
Construccin
ESPECIFICACIN, DISEO Y CLCULO DE MAMPOSTERA
Richard E. Klingner Profesor Emrito
La Universidad de Texas, Austin, Texas, EE UU
CURSO SOBRE DISEO DE MAMPOSTERA UNIVERSIDAD TCNICA
CENTROAMERICANA
TEGUCIGALPA, HONDURAS
OCTUBRE 2014
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Klingner Especificacin, Diseo y Clculo de Mampostera Octubre
2014 UNITEC, Tegucigalpa, Honduras
DEDICATORIA
Este libro se dedica a los colegas con quienes he tenido la
oportunidad de compartir conocimientos y amistades, en los caminos
de nuestras vidas.
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2014 UNITEC, Tegucigalpa, Honduras
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CONTENIDO
1. INTRODUCCIN
........................................................................................................................
11.1 Reflexiones sobre el Elefante en el Cuarto del Lado
.............................................................. 11.2
Antecedentes y Objetivos del Libro
.......................................................................................
31.3 Uso Recomendado de este Libro
............................................................................................
4
1.3.1 Posible Juego de Objetivos Terminales para el Curso
.................................................... 41.3.2
Posibles Referencias para el Curso
.................................................................................
4
1.4 Relevancia de este Libro en el Mundo de la Mampostera Mala
........................................ 51.4.1 Rigidez Relativa de
Mampostera y Prtico
...................................................................
51.4.2 Papel de Norma y Especificaciones en Combinacin
.................................................... 7
1.5 Repaso del Proceso Normativo en los EEUU de Amrica
..................................................... 71.5.1 ltimos
Adelantos de la Norma MSJC
........................................................................
101.5.2 Actualizaciones del Comit Normativo EEUU sobre Mampostera
............................ 111.5.3 Enfoque de la Norma MSJC sobre
el Comportamiento Bsico de la Mampostera ..... 121.5.4 Posible
Relevancia de la Norma MSJC, al Proceso Normativo en Latinoamrica
...... 12
2. ESPECIFICACIN Y DISEO DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA SIN CLCULO
ESTRUCTURAL
...........................................................................................................
15
2.1 Introduccin
..........................................................................................................................
152.2 Comportamiento Bsico de las Estructuras Tipo Caja de
Mampostera .............................. 162.3 Punto de Arranque
para Refuerzo
........................................................................................
172.4 Elementos Bsicos de la Mampostera
.................................................................................
18
2.4.1 Unidades
.......................................................................................................................
182.4.2 Mortero
.........................................................................................................................
182.4.3 Concreto Lquido
..........................................................................................................
182.4.4 Accesorios
....................................................................................................................
19
2.5 Uso de Unidades En Elementos Arquitectnicos o Estructurales
........................................ 192.5.1 Dimensiones
.................................................................................................................
192.5.2 Patrones de Colocacin (Aparejo)
................................................................................
192.5.3 Tipos de Muro
..............................................................................................................
202.5.4 Resumen de la Historia del Uso de la Mampostera en los EEUU
............................... 22
2.6 Bosquejo de la Industria de la Mampostera
........................................................................
232.7 Mortero para Mampostera (Mortero de Pega)
.................................................................
24
2.7.1 Introduccin a la Qumica de Mortero
.........................................................................
242.7.2 Especificaciones Aplicables para Mortero
...................................................................
272.7.3 Tipos de Mortero para Mampostera
............................................................................
272.7.4 Mortero de Cemento y Cal
...........................................................................................
282.7.5 Mortero de Cemento para Mampostera
...................................................................
292.7.6 Caractersticas del Mortero Plstico (ASTM C270)
..................................................... 302.7.7
Caractersticas del Mortero Endurecido (ASTM C270)
............................................... 312.7.8 Otras
Caractersticas del Mortero
.................................................................................
31
2.8 Concreto Lquido para Mampostera (Mortero de Relleno)
................................................. 312.8.1
Especificacin Aplicable ASTM:
.................................................................................
312.8.2 Especificaciones por proporcin para concreto lquido para
mampostera .................. 322.8.3 Propiedades del Concreto
Lquido Fresco
....................................................................
322.8.4 Propiedades del Concreto Lquido Endurecido
............................................................ 32
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2.9 Informacin General sobre Unidades de Mampostera
........................................................ 332.9.1
Especificaciones Aplicables ASTM:
............................................................................
33
2.10 Unidades De Arcilla Cocida (Ladrillos)
...............................................................................
342.10.1 Geologa
.......................................................................................................................
342.10.2 Qumica
........................................................................................................................
342.10.3 Fabricacin
...................................................................................................................
342.10.4 Caractersticas Mecnicas (ASTM C62 y C216)
........................................................ 352.10.5
Caractersticas Visuales y de Servicio (ASTM C62 y C216)
...................................... 352.10.6 Otras
Caractersticas (no consideradas por ASTM)
.................................................... 36
2.11 Unidades de Concreto
...........................................................................................................
372.11.1 Materiales y Fabricacin
..............................................................................................
372.11.2 Caractersticas Visuales y de Servicio (ASTM C90)
.................................................. 372.11.3
Caractersticas Mecnicas (ASTM C90, C140, y C426)
............................................. 372.11.4 Otras
Caractersticas (no cubiertas por las especificaciones ASTM)
.......................... 38
2.12 Sub-Ensamblajes de
Mampostera........................................................................................
382.12.1 Propiedades de Sub-ensamblajes de Mampostera
....................................................... 382.12.2
Factores Contribuyentes a la Adherencia Alta
.............................................................
40
2.13 Papel de Juntas de Movimiento
............................................................................................
402.14 Accesorios para Mampostera
..............................................................................................
41
2.14.1 Refuerzo
.......................................................................................................................
412.14.2 Conectores
....................................................................................................................
442.14.3 Sellantes y Juntas Abiertas
...........................................................................................
45
2.15 Pasos Bsicos para la Especificacin de Una Estructura Simple
de Mampostera............... 492.16 Ejemplos de Detalles
Constructivos
.....................................................................................
51
2.16.1 Detalle entre Cimentacin y Muro
...............................................................................
512.16.2 Detalle entre Muro y Techo de Elementos Prefabricados de
Concreto ........................ 522.16.3 Detalle entre Muro y
Techo de Madera
........................................................................
53
3. CLCULO DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA (INTRODUCCIN)
................... 543.1 Comportamiento Bsico de las Estructuras
Tipo Caja de Mampostera .............................. 543.2 Punto
de Arranque para Refuerzo
........................................................................................
553.3 Comportamiento Bsico Mecnico de la Mampostera
........................................................ 563.4
Clasificacin de Elementos de Mampostera
........................................................................
56
3.4.1 Clasificacin de Elementos de Mampostera segn su Funcin
Estructural ................ 573.4.2 Clasificacin de Elementos de
Mampostera segn la Participacin Supuesta del Refuerzo 573.4.3
Enfoque de este Curso en Clasificar Elementos de Mampostera
................................ 57
3.5 Enfoques de Diseo para la Mampostera
............................................................................
583.6 Resumen del Enfoque de Diseo de Este Curso
...................................................................
58
4. CLCULO DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA (RESISTENCIA)
........................ 594.1 Repaso del Diseo por Resistencia
.......................................................................................
594.2 Resumen de Diseo Segn la Norma MSJC, Enfoque de Resistencia
................................. 604.3 Combinaciones de Carga de
ASCE 7-10
..............................................................................
60
4.3.1 Muros Reforzados, Cargados fuera del Plano
..............................................................
604.3.2 Dinteles Reforzados
......................................................................................................
614.3.3 Muros Reforzados, Cargados en el Plano
.....................................................................
61
4.4 Diseo por Resistencia de Muros Reforzados, Cargados Fuera de
Plano ............................ 624.4.1 Comportamiento Bsico
...............................................................................................
62
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4.4.2 Ancho Efectivo de Vigas-Columnas Embebidas en Muros
......................................... 624.4.3 Ejemplo 4.4.3:
Diagrama de Interaccin (Resistencia) a Mano
.................................. 634.4.4 Antecedentes: Diagrama
de Interaccin (Resistencia) usando Hoja de Clculo ......... 664.4.5
Ejemplo 4.4.5: Diagrama de Interaccin (Resistencia) usando Hoja de
Clculo ........ 694.4.6 Ejemplo de Diseo 4.4.6: Muro Portante
Reforzado con Carga Axial Cntrica (Resistencia)
.................................................................................................................................
724.4.7 Ejemplo de Diseo 4.4.7: Muro Portante Reforzado con Carga
Axial Excntrica (Resistencia)
.................................................................................................................................
734.4.8 Ejemplo de Diseo 4.4.8: Muro Portante Reforzado con Carga
Axial Excntrica ms Carga fuera de Plano
....................................................................................................................
75
4.5 Extensin de los Conceptos Anteriores a la Mampostera con
Aperturas: ........................... 784.6 Diseo de Dinteles
Reforzados (Resistencia)
.......................................................................
80
4.6.1 Ejemplo de Diseo 4.6.1 de Dintel (Resistencia)
......................................................... 814.7
Diseo de Muros Cortantes Reforzados (Resistencia)
......................................................... 85
4.7.1 Antecedentes sobre el Diseo de Muros Cortantes
(Resistencia)................................. 864.7.2 Refuerzo
Mximo a Flexin por la Norma MSJC 2013
............................................... 894.7.3 Ejemplo de
Diseo 4.7.3: Diseo de un Muro Cortante de un Solo Nivel
(Resistencia) 934.7.4 Ejemplo 4.7.4: Diseo de un Muro Cortante
Reforzado de Unidades de Concreto (Resistencia)
.................................................................................................................................
954.7.5 Comentarios sobre el Diseo de Muros Cortantes
..................................................... 102
4.8 Reparto de Fuerzas Laterales Entre Muros Cortantes en Funcin
de las Rigideces Relativas de los Diafragmas Horizontales y
Verticales
.................................................................................
103
4.8.1 Comentarios Iniciales sobre la Distribucin de Fuerzas
Laterales entre Muros Cortantes 1034.8.2 Clasificacin de Diafragmas
Horizontales como Rgidos o Flexibles ................ 1044.8.3
Reparto de Cortes entre Muros en el Caso de Diafragmas Horizontales
Rgidos: ..... 1044.8.4 Reparto de Cortes entre Muros en el Caso de
Diafragmas Horizontales Flexibles: ... 1064.8.5 ltima Simplificacin
Bordeando los dos Casos Lmites
.......................................... 1064.8.6 Relacin entre
Anlisis y Diseo de Diafragmas en el Caso de Diafragmas Flexibles de
Entrepiso:
....................................................................................................................................
1064.8.7 Ejemplo de Anlisis 4.8.7 de Reparto de Cortes
........................................................ 1074.8.8
Ejemplo de Anlisis 4.8.8 de Reparto de Cortes
........................................................ 109
5. DISEO Y REHABILITACIN SSMICA DE LA MAMPOSTERA
............................. 1105.1 Repaso de la Dinmica
Estructural
.....................................................................................
1105.2 Principios Bsicos del Diseo Sismo-Resistente
................................................................
111
5.2.1 Estimar la Demanda
...................................................................................................
1115.2.2 Calcular la Respuesta
.................................................................................................
1125.2.3 Disear la Estructura
..................................................................................................
1135.2.4 Meta Fundamental del Diseo Ssmico
......................................................................
117
5.3 Ejemplo de Diseo Ssmico 5.3
..........................................................................................
1185.3.1 Clculo del Coeficiente Ssmico de Diseo
...............................................................
1185.3.2 Clculo de Fuerzas Ssmicas de Diseo
.....................................................................
1185.3.3 Reparto de las Fuerzas de Diseo en la Direccin Norte-Sur
.................................... 1195.3.4 Diseo de Muros
Cortantes NS
..................................................................................
1205.3.5 Diseo de Franjas Verticales en los Muros EO
.......................................................... 1245.3.6
Comentarios sobre el Ejemplo de Diseo Ssmico 5.3
............................................... 127
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5.4 Ejemplo de Diseo Ssmico 5.4
..........................................................................................
1275.4.1 Clculo del Coeficiente Ssmico de Diseo
...............................................................
1285.4.2 Clculo de Acciones Ssmicas de Diseo
...................................................................
1285.4.3 Diseo Preliminar de un Muro Tpico Norte-Sur
....................................................... 1295.4.4
Comentarios sobre el Ejemplo de Diseo Ssmico 5.4
............................................... 135
5.5 Sistemas Estructurales Sismo-Resistentes de Mampostera
............................................... 1375.6
Rehabilitacin Ssmica de la Mampostera Deficiente
....................................................... 137
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LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 Sistema tpico de prtico con tabique
de mampostera 6Figura 1.2 Bosquejo del proceso normativo en los
EEUU de Amrica 8Figura 2.1 Flujo de fuerzas frente a cargas de
gravedad 16Figura 2.2 Flujo de fuerzas frente a cargas laterales
16Figura 2.3 Punto de arranque para refuerzo 17Figura 2.4 Patrones
de colocacin (aparejo) de unidades 20Figura 2.5 Tipos de muros de
mampostera 21Figura 2.6 Construccin tpica de la mampostera armada
23Figura 2.7 Ejemplo del uso de refuerzo corrugado con unidades en
hueco 42Figura 2.8 Refuerzo tipo alambre (escalerilla) 43Figura 2.9
Ejemplo del uso de malla en recubrimiento de losa de entrepiso
44Figura 2.10 Ejemplos del uso del refuerzo y conectores 45Figura
2.11 Arreglo tpico de botaguas y lagrimales 46Figura 2.12 Juntas
tpicas de expansin 47Figura 2.13 Junta de control de fisuracin
47Figura 2.14 Punto de arranque para refuerzo 51Figura 2.15
Detalles tpicos entre cimentacin y muro 51Figura 2.16 Ejemplo del
uso de malla en recubrimiento de losa de entrepiso 52Figura 2.17
Detalle entre muro y techo de madera 53Figura 3.1 Flujo de fuerzas
frente a cargas de gravedad 54Figura 3.2 Flujo de fuerzas frente a
cargas laterales 54Figura 3.3 Punto de arranque para refuerzo
55Figura 4.1 Ejemplos tpicos de vigas-columnas prcticas de la
mampostera 62Figura 4.2 Diagrama de interaccin (resistencia,
calculado a mano) para muro fuera del plano del
ejemplo 65Figura 4.3 Diagrama de interaccin (resistencia) usando
hoja de clculo 70Figura 4.4 Planteamiento imposible de franjas
verticales 78Figura 4.5 Planteamiento posible, con una combinacin
de franjas horizontales y verticales 79Figura 4.6 Concepto de
escoger suficiente nmero de hiladas para evitar el uso de refuerzo
por
cortante 81Figura 4.7 Dintel por disearse 81Figura 4.8 Ubicacin
de varillas en el dintel 85Figura 4.9 Muro cortante 86Figura 4.10
Ejemplo de Diseo 4.7.3 de muro cortante 93Figura 4.11 Flujo de
fuerzas a los muros cortantes del Ejemplo 4.7.3 93Figura 4.12
Diagrama de interaccin para el muro del Ejemplo 4.7.4 98Figura 4.13
Estructura del Ejemplo 4.7.7 de reparto de cortes 107Figura 4.14
Momentos y cortes en el diafragma horizontal del Ejemplo 4.7.7
108Figura 4.15 Fuerzas de traccin y compresin en el diafragma
horizontal 108Figura 4.16 Planteamiento de viga continua para una
losa flexible 109Figura 5.1 Sistema de un solo grado de libertad
110Figura 5.2 Espectro de respuestas 110Figura 5.3 Ejemplos de
excentricidad en planta 114Figura 5.4 Ejemplos indeseables de
discontinuidad estructural en el sentido vertical 115Figura 5.5
Ejemplos de mecanismos favorables y desfavorables 115Figura 5.6
Explicacin de la patologa de la "columna corta 116
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Figura 5.7 Ejemplo de Diseo Smico 5.3 118Figura 5.8 Reparto de
fuerzas de diseo en la direccin norte-sur 120Figura 5.9 Diagrama de
interaccin en el plano para el muro del Ejemplo de Diseo Ssmico
5.3
121Figura 5.10 Diagrama de interaccin fuera del plano para el
muro del Ejemplo de Diseo Ssmico
5.3 125Figura 5.11 Ejemplo de Diseo Ssmico 5.4 127Figura 5.12
Diagramas de corte y de momento volcante sobre lo alto de cada muro
NS 129Figura 5.13 Diagrama de interaccin para el muro cortante del
Ejemplo de Diseo Ssmico 5.4 131Figura 5.14 Ensayo de "empujn"
138Figura 5.15 Medidas de rehabilitacin ssmica de la mampostera
deficiente 138
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1.1 Opciones para el trato de la mampostera 2Tabla 2.1
Especificacin por proporcin del mortero de cemento y cal 28Tabla
2.2 Especificaciones por propiedad del mortero de cemento y cal
29Tabla 2.3 Especificacin por proporcin del mortero de cemento para
mampostera 29Tabla 2.4 Especificacin por propiedad del mortero de
cemento para mampostera 30Tabla 2.5 Especificacin por proporcin del
concreto lquido 32Tabla 4.1 Resumen de pasos para el diseo de muros
reforzados, cargados fuera del plano 60Tabla 4.2 Resumen de pasos
para el diseo de dinteles reforzados 61Tabla 4.3 Resumen de pasos
para el diseo de muros reforzados, cargados en el plano 61Tabla 4.4
Hoja de clculo para un muro de unidades slidas de arcilla, fuera
del plano 71Tabla 4.5 Tamaos tpicos para refuerzo corrugado 84Tabla
4.6 Tamaos tpicos para refuerzo corrugado 97Tabla 4.7 Hoja de
clculo para de interaccin para el muro del Ejemplo 4.7.4 99Tabla
5.1 Tamaos tpicos para refuerzo corrugado 121Tabla 5.2 Hoja de
clculo para el diagrama de interaccin en el plano para el muro del
Ejemplo de
Diseo Ssmico 5.3 122Tabla 5.3 Tamaos tpicos para refuerzo
corrugado 124Tabla 5.4 Hoja de clculo para el diagrama de
interaccin para el muro del Ejemplo de Diseo
Ssmico 5.3 126Tabla 5.5 Reparto de fuerzas laterales a lo alto
de la estructura 128Tabla 5.6 Valores de corte y momento volcante
sobre lo alto de cada muro NS 129Tabla 5.7 Tamaos tpicos para
refuerzo corrugado 130Tabla 5.8 Hoja de clculo para el diagrama de
interaccin para el muro del Ejemplo de Diseo
Ssmico 5.4 132Tabla 5.9 Comparacin de acciones mayoradas con
capacidades de diseo para variantes en el
diseo ssmico del edificio de mltiples pisos 136
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1. INTRODUCCIN
1.1 Reflexiones sobre el Elefante en el Cuarto del Lado
Por qu debemos estudiar la mampostera?
Hoy en da, muchos ingenieros piensan que se equivocan por el
lado conservador, diseando los edificios como si fueran puros
prticos, y luego poniendo mampostera. Tal creencia no podra ser ms
errada. Aquel trato de la mampostera -- despreciarla en el diseo
porque no la estimamos confiable, y pensar a la vez que va a ayudar
al prtico -- es ilgico y hasta peligroso. Es como fingir no darse
cuenta uno del elefante en el cuarto del lado. Las opciones para el
trato de la mampostera, y sus probables consecuencias, se resumen
en la Tabla 1.1.
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Tabla 1.1 Opciones para el trato de la mampostera
Trato de la Mampostera Aislar la Mampostera No Hacer Nada
(Tierra de
Nadie) Aprovechar la Mampostera
Ventajas Desventajas Ventajas Desventajas Ventajas Desventajas
el edificio s trabaja como prtico
dadas las derivas contempladas, y los sellantes actuales, las
brechas ssmicas son muy grandes (~ 12 cm).
el avestruz tambin se siente cmodo
grandes errores en cuanto a fuerzas inerciales
aprovecha la rigidez y resistencia de la mampostera
cuanta de muros de ms o menos el 2% en cada direccin de la
estructura. Impone unas restricciones arquitectnicos
se puede usar mampostera de baja calidad
hay que resistir el peso y masa de la mampostera, sin aprovechar
su rigidez y resistencia
econmico y familiar
grandes errores in cuanto al reparto interno de fuerzas
inerciales
apoyo fuera de plano es simple
Se necesita mejor calidad en materiales
pocas restricciones arquitectnicas
habr que usar muros cortantes de concreto para controlar la
deriva, o aguantar daos en sismos leves
colapso del edificio
muchos edificios pueden trabajar elsticamente en sismos leves y
medianos, sin dao
apoyo fuera del plano necesita conectores especiales
inspeccin es convencional
difcil de inspeccionar
conceptos honestos de estructuracin
aislamiento especial contra incendio
Claramente, la opcin de aislar la mampostera, desperdicia su
posible beneficio; y la opcin de no hacer nada puede ser peligrosa.
Se nos queda solamente la opcin de aprovechar la mampostera. Esta
es la premisa fundamental de este libro.
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1.2 Antecedentes y Objetivos del Libro
Este libro se desarroll durante varios aos, en el proceso de
dictar varios seminarios y cursos sobre el uso de la mampostera
estructural en la Amrica Latina. Comenz como un juego de apuntes, y
luego se puso en un formato ms formal. Se pretende usar como
respaldo docente en la enseanza del diseo de la mampostera en
varios pases de habla hispana. Su terminologa tcnica no sigue la
jerga de ningn pas, pero se ha procurado que sea entendible en
todos los pases. Muchas palabras de uso comn en la ingeniera
estructural en ingls tienen mltiples traducciones en los diferentes
pases latinos. Stress, por ejemplo, se traduce como esfuerzo en
muchos pases, y como tensin en algunos. Masonry, por ejemplo, se
traduce como mampostera en muchos pases, y como albailera en otros.
En este libro, se usan las palabras esfuerzo y mampostera
respectivamente, con el entendimiento que los lectores puedan
sustituir palabras ms comunes localmente, al gusto. Su enfoque de
diseo es el de los EEUU de Amrica, no con la suposicin ingenua y
risible que tal enfoque se adoptara al pie de la letra por los
pases latinos, sino con la esperanza de que fuera un recurso til en
la actualizacin de las normas vigentes de mampostera en los
diferentes pases en que se aplique. Sus unidades dimensionales
siguen el sistema de kilogramos y centmetros, es decir, el viejo
sistema mtrico. Si bien se usa el sistema SI en las universidades,
se sigue usando el sistema MKS en la prctica, y este libro est
dirigido a ste. Tal vez en el futuro, si el sistema SI se usa ms en
la prctica, futuras ediciones de este libro estarn en unidades SI.
Mientras tanto, los lectores que se sientan ms cmodos en SI pueden
cambiar de valores mtricos a valores SI, dividiendo aquellos por
diez en la mayora de los casos. El libro se basa en la norma MSJC
(Masonry Standards Joint Committee, o Comit Conjunto sobre la
Mampostera). Debido a que las normas tcnicas se desarrollan en los
EEUU de Amrica, de una forma distinta a la que se usa en casi todos
los dems pases del mundo, se incluye un resumen del proceso. En
esta primera parte, se hace ms nfasis en muros tipo barrera en
lugar de muros tipo drenaje, por ser aquellos los predominantes en
la Amrica Latina. Tambin, se hace slo una mencin ligera del papel
de las juntas por movimiento, pues estas casi no se usan all. La
primera parte de este libro consiste en una exposicin de carcter
bsico sobre la mampostera, seguida por un resumen del proceso de
disear la mampostera simple, que no requiere ningn clculo
estructural. El objetivo de la primera parte del curso que este
libro acompaa, es que el estudiante pueda especificar correctamente
ese tipo de estructura, y dar sus principales detalles. Tal
estructura podra tener refuerzo por conveniencia, por receta, o
para dormir bien. Sin embargo, este refuerzo no se calculara. La
segunda parte de este libro consiste en una serie de explicaciones
y ejemplos sobre el clculo estructural de diferentes elementos de
mampostera, sin y con refuerzo, tanto por el enfoque de esfuerzos
admisibles, como por el enfoque de resistencia. Se pone ms nfasis
en la mampostera reforzada, y en el diseo por resistencia, porque
estos son de ms utilidad que las dems opciones.
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Finalmente, siendo el diseo ssmico un aspecto fundamental del
diseo estructural en casi todos los pases latinos, se termina con
ejemplos del diseo preliminar, contra sismos, de dos estructuras
simples, una de un solo piso, y la otra de mltiples pisos. Estos
ejemplos tienen como objetivo mostrar un diseo preliminar completo,
y tambin hacer ver a los estudiantes que el diseo en mampostera
pura, sin la muleta de prticos ficticios, s es prctico, factible, y
econmico.
1.3 Uso Recomendado de este Libro
Este libro se recomienda usar como base principal para una serie
de lecturas sobre la mampostera. Los estudiantes deben tener
algunos conocimientos previos en el diseo por resistencia del
concreto, pues esto facilita el diseo de la mampostera por el mismo
enfoque.
1.3.1 Posible Juego de Objetivos Terminales para el Curso El
juego de objetivos terminales para el curso del cual estos apuntes
forman la base, podra ser el siguiente. 1) Conocer la nomenclatura,
propiedades, y especificaciones de materiales, asociadas a cada
componente bsico de la mampostera (unidades, mortero, concreto
lquido, y accesorios). 2) Conocer el comportamiento fundamental de
la mampostera en torno a movimientos
diferenciales y permeabilidad de agua. 3) Disear estructuras
sencillas de mampostera (las que no requieren ningn clculo
estructural)
para lograr un desempeo satisfactorio en torno a movimientos
diferenciales y permeabilidad de agua.
4) Realizar clculos estructurales para elementos de mampostera
reforzados, tales como muros
portantes, dinteles, y muros cortantes. 5) Realizar el diseo
preliminar de estructuras de mampostera contra cargas
gravitacionales y
laterales, incluyendo cargas de sismo. 6) Realizar los pasos
bsicos de la evaluacin y rehabilitacin de la mampostera
deficiente.
1.3.2 Posibles Referencias para el Curso En su papel de base
principal para un curso sobre mampostera, los estudiantes pueden ir
a otras referencias tambin. La primera referencia es esencial, y es
la norma MSJC misma, cuya ltima edicin es la siguiente:
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Klingner Especificacin, Diseo y Clculo de Mampostera Octubre
2014 UNITEC, Tegucigalpa, Honduras
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TMS 402-13 / ACI 530-13 / ASCE 5-13 (Building Code Requirements
for Masonry Structures) and TMS 602-13 / ACI 530.1-13 / ASCE 6-13
(Specifications for Masonry Structures), The Masonry Society,
Longmont, Colorado; American Concrete Institute, Farmington Hills,
Michigan; and American Society of Civil Engineers, Reston,
Virginia, 2013.
Esta referencia se publica por las tres sociedades bajo derechos
de autor, en los EEUU. En este libro, se reproducen pequeas partes
de la norma MSJC para propsitos docentes. Sin embargo, el
estudiante no debe proceder sin acceso a la norma completa. La
segunda referencia es opcional, y podra ser cualquier libro de
texto sobre mampostera. En mis propias clases, he usado de vez en
cuando el siguiente:
Klingner, R. E., Masonry Structural Design, McGraw-Hill
Professional, New York, ISBN 0-07-163830-X, February 2010, 560
pp.
Otras referencias tambin podrn servir, con tal de que sean
modernas, y traten la mampostera en el marco del diseo moderno, y
no en el marco del folclor. Para que el curso del cual este libro
sirve de base principal no se acondicione a un solo libro de
referencia, no se entra en ms detalles sobre exactamente cules
secciones de cada referencia deben usarse con cules secciones de
este libro. Sencillamente, se sugiere que el lector busque en el
ndice de la referencia, los mismos tpicos que se tratan en cada
seccin de este libro.
1.4 Relevancia de este Libro en el Mundo de la Mampostera
Mala
Finalmente, antes de comenzar con la materia del curso mismo,
vale hacerle frente en forma directa a una aseveracin esencial:
En muchos lugares, la calidad de la mampostera es absolutamente
psima. Es pura chatarra. El ingeniero no debe ni puede contar con
la mampostera.
Se responde a la aseveracin en mltiples niveles.
1.4.1 Rigidez Relativa de Mampostera y Prtico Primero, se invita
al lector a estimar la rigidez en el plano de un sistema tpico de
un prtico de concreto reforzado, con relleno (tabique) de
mampostera, tal como se indica en la Figura 1.1.
-
Klingner Especificacin, Diseo y Clculo de Mampostera Octubre
2014 UNITEC, Tegucigalpa, Honduras
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Figura 1.1 Sistema tpico de prtico con tabique de mampostera La
figura no indica un tabique parcial, sino la parte del tabique
continuo, que pertenece como largo aferente con la columna que la
rodea. Vamos a comparar la probable rigidez lateral del prtico, con
la rigidez probable de la mampostera, suponiendo un rango razonable
de resistencia de este. La rigidez lateral del prtico puede
estimarse al lado alto despreciando completamente la flexibilidad
de las vigas:
312
LIEPorticodelRigidez
donde L es la altura de la columna, y EI es su rigidez en
flexin. Digamos que el mdulo de elasticidad del concreto sea
Econcreto . La altura de la columna en este caso es de 2.5 m, y
supongamos una seccin cuadrada con dimensiones de 60 cm.
concretoconcreto
Ecm
cmE
LIEPorticodelRigidez 829.0
250126012
123
44
3
La rigidez cortante del relleno (tabique) en el plano es la
siguiente:
LAGTabiquedelRigidez '
6 m
2.5 m
3 m6 m
2.5 m
3 m
-
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donde L es la altura del tabique (2.5 m), G es el mdulo cortante
(el mdulo elstico del tabique, dividido por 2.5), y A es el rea
efectiva de una seccin en planta del tabique (su largo aferente de
6 m, por un espesor supuesto de 15 cm. Entonces
amamposteriamamposteri E
cmcmcmE
LAGTabiquedelRigidez 4.14
25015600
5.2'
Suponiendo (como punto de referencia) que el mdulo de la
mampostera es igual al del concreto, la razn de las rigideces
respectivas del tabique y del prtico ser del (14.4 / 0.83), o
17.36. Es decir, el tabique es ms de 17 veces ms rgido que el
prtico, y por lo tanto el tabique va a resistir casi todas las
fuerzas laterales. Se podra argumentar que el mdulo del tabique
sera menor que el del prtico. Pero suponiendo an que el mdulo del
tabique es un cuarto del mdulo del prtico, el tabique todava
resiste 17.36 dividido por 4, o ms de 4 veces la fuerza que resiste
el prtico. Es decir, por mala que sea, la mampostera va a resistir
an la mayora de las fuerzas laterales que se aplican a estructuras
tipo prtico.
1.4.2 Papel de Norma y Especificaciones en Combinacin Luego, se
invita al lector a considerar el papel de la norma y la
especificacin en combinacin. La norma MSJC contiene las provisiones
de diseo cmo calcular las cargas y las correspondientes acciones,
cmo calcular las correspondientes resistencias, y cmo comparar las
unas con las otras. La correspondiente especificacin MSJC se
vincula con la norma mediante clusulas de ste. La especificacin
obliga al diseador a tener un programa de aseguramiento de calidad,
y obliga al contratista a cumplir con los materiales y con un nivel
mnimo de mano de obra. Dependiendo de la importancia y enfoque de
diseo de la obra, se exige, como parte del programa de
aseguramiento de calidad, cierto nivel de inspeccin, el cual puede
vara desde una simple verificacin de materiales para las obras ms
sencillas, hasta una inspeccin continua para las obras ms crticas.
El enfoque de la norma y la especificacin MSJC, en combinacin, es
el de exigir al diseador cierto nivel mnimo de diseo, y a la vez
exigir al contratista, cierto nivel mnimo de construccin. De esta
manera, la mampostera en la obra tendr la calidad y confiabilidad
deseada.
1.5 Repaso del Proceso Normativo en los EEUU de Amrica
Por cuanto el proceso en los EEUU de Amrica es distinto al de
muchos otros pases del mundo, vale la pena repasarlo aqu, para que
los lectores puedan poner la norma MSJC en el marco apropiado.
-
Klingner Especificacin, Diseo y Clculo de Mampostera Octubre
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En los EEUU de Amrica, segn la Constitucin de aquel pas, cada
poder que no se asigne especficamente al gobierno federal, pasa por
omisin a los estados. Por cuanto la Constitucin no asigna al
gobierno federal el poder de desarrollar un cdigo de
construcciones, este pasa a los estados. Debido a que las
constituciones estatales rara vez asignan tal poder a los estados
tampoco, tal poder finalmente pasa a los condados y municipios.
Puesto que estos generalmente no tienen los recursos humanos ni
financieros como para desarrollar un cdigo, nuestro pas ha
recurrido a un sistema a travs del cual organizaciones tcnicas
(como el ACI, el ASCE, el TMS, el . . .) desarrollan documentos de
consenso (ver abajo), los cdigos modelos los citan, y las entidades
locales gubernamentales dan personera legal a los cdigos modelos,
adoptndolos oficialmente. El proceso se muestra esquemticamente en
la Figura 1.2. En la figura, el ACI es la American Concrete
Institute; el ASCE es la American Society of Civil Engineers; y el
TMS es The Masonry Society.
Otra fuente indirecta de provisiones tcnicas es el documento de
recursos del Federal Emergency Management Agency (FEMA), del
gobierno federal estadounidense, mediante el programa National
Earthquake Hazard Reduction Program (NEHRP). Despus del sismo de
San Fernando (por Los ngeles) de 1971, el gobierno federal decidi
ayudar al proceso normativo, desarrollando una serie de provisiones
que podran usarse, tanto por organizaciones tcnicas, como por
organizaciones de cdigos modelos. El fruto de este esfuerzo es el
documento pre-normativo NEHRP.
Figura 1.2 Bosquejo del proceso normativo en los EEUU de Amrica
En los EEUU, los cdigos modelos se mantienen, se publican y se
venden por organizaciones de cdigos modelos (normalmente, pero no
universalmente, compuestos de oficiales de construccin). Esos
oficiales claramente tienen influencia sobre el contenido de los
cdigos modelos. Pero sera justo decir, en trminos amplios, que la
mayora del contenido tcnico de los cdigos modelos viene
NORMAS SOBRE MAMPOSTERIA EN LOS EEUU
OrganizacionesTecnicas
ACI ASCETMS
MSJC
Organizaciones deCodigos Modelos
Norma de Construcciones(fuerza legal)
(contrato entre la sociedad y el ingeniero)
(adoptado por autoridades locales gubernamentales)
NCMA, BIA, PCA
ICC(International
Building Code)
NEHRP
ASTM
Especificacionessobre
Materiales(parte del
contrato entreel dueno y elcontratista)
proceso ANSI (balance de intereses, balotas por escrito,
resolucion de Negativos, comentario publico)
MSJC
ICBO(Uniform
Building Code)
(viejos)(moderno)
SBCC(Standard
Building Code)
BOCA(Basic
Building Code)
-
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no de los oficiales mismos, sino de las organizaciones tcnicas
(ACI, ASCE, TMS, SEAOC) que desarrollan las clusulas mismas. Por
ejemplo, el UBC (del ICBO) derivaba la mayora de su contenido
tcnico de una combinacin de organizaciones tcnicas nacionales, y la
SEAOC (Structural Engineers Association of California). Las
organizaciones de cdigos modelos en los EEUU se encargan
principalmente de redactar y publicar los cdigos modelos con base
en clusulas producidas por otros. Luego de adoptarse oficialmente
en cierto lugar un cdigo modelo particular, la organizacin
correspondiente se encarga de interpretarlo y exigir su
cumplimiento. Para asegurar que intereses creados no se apoderen
del proceso, imponiendo as sus puntos de vista al perjuicio del
pblico o de la competencia, cada ente tcnico tiene que funcionar
mediante un proceso aprobado por el American National Standards
Institute (ANSI), que incorpore los siguientes aspectos: o Membreca
abierta, o controlada de una forma abierta y aprobada por el ANSI o
Balance de intereses votantes o Balotas por escrito o Resolucin de
votos en negativo o Comentario pblico. Entre esos aspectos, cabe
mencionar que la resolucin de votos en negativo quiere decir que el
comit entero tiene que dictar sobre la validez de un voto en
contra. Un voto en contra, bien fundamentado y expresado, puede
cambiar el parecer del comit entero. Los cdigos modelos son
publicados por entes con fines de lucro. Cuando cualquier ciudad
cita el cdigo modelo UBC, por ejemplo, el publicador de ese cdigo,
que es en este caso el ICBO, adquiere ganancias sobre la venta de
cdigos. En los ltimos aos, las tres viejas organizaciones de cdigos
modelos (el ICBO, el Southern Building Code Congress, y el Building
Officials and Code Administrators) se han aliado para producir un
cdigo modelo unificado, el International Building Code (IBC). La
primera edicin fue el IBC 2000 y va a actualizarse en intervalos de
3 aos. En los ltimos aos, este sueo se ha hecho realidad.
Comenzando en el ao 2003, el cdigo IBC se refiere esencialmente a
la norma MSJC. Es decir, el cdigo IBC 2012 se refiere a la norma
MSJC 2011; el cdigo IBC 2015 se va a referir a la norma MSJC 2013;
y as en adelante. Va a haber, entonces, una cadena de referencias
normativas sobre la mampostera, desde la norma MSJC, por el cdigo
modelo IBC, hasta las leyes locales. La norma MSJC ser el nico
juego de normas de referencia sobre el diseo de la mampostera en
los EEUU de Amrica. Hay una pequea nube en el horizonte.
Idealmente, el proceso anteriormente descrito debiera haber
conducido a un cdigo unificado. En la undcima hora, otra
organizacin, la National Fire Protection Association, decidi
desarrollar su propio cdigo modelo, por una combinacin de razones
tcnicas y polticas. Se espera que esta situacin se resuelva con un
solo cdigo modelo. Pero de todos modos, s existe otro cdigo modelo
adems del IBC, aquel otro cdigo se va a referir tambin a la norma
MSJC. Por esta razn, el estudio de la norma MSJC es de relevancia
para todo diseo de mampostera en los EEUU.
-
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1.5.1 ltimos Adelantos de la Norma MSJC La ltima edicin (2013)
de la norma MSJC incluye varios adelantos. En esta seccin se
explican los principales adelantos. Luego, se plantea la posible
relevancia de algunos, en el proceso normativo latinoamericano. 1)
Armonizacin seguida de diseo por resistencia y diseo por esfuerzos
admisibles El diseo por resistencia no es una novedad en las normas
estadounidenses sobre
mampostera, habiendo formado parte de la norma MSJC desde el
2002. La norma MSJC desglosa elementos de mampostera como no
reforzados o reforzados, segn la intencin de diseo. La mampostera
no reforzada se disea despreciando la posible resistencia del
refuerzo, y contando con la resistencia a la traccin por flexin de
la mampostera misma. No obstante, en este enfoque de diseo, la
mampostera no reforzada puede tener refuerzo por receta. La
mampostera reforzada se disea en contraste, despreciando la
resistencia a la traccin por flexin de la mampostera y contando
solamente con la resistencia del refuerzo para resistir esfuerzos
de traccin provenientes de combinaciones de momento y carga
axial.
El diseo por resistencia de la mampostera no reforzada,
esencialmente produce los mismos
resultados que se obtendran en el diseo por esfuerzos
admisibles. Para lograr este objetivo se ajustan las combinaciones
de esfuerzos mximos que se usan para calcular la capacidad nominal
y los factores de disminucin que se usan para reducir la capacidad
nominal a la capacidad de diseo. La resistencia nominal se calcula
en trminos de esfuerzos linealmente distribuidos por la profundidad
del elemento.
El diseo por resistencia de la mampostera reforzada se asemeja
al diseo por resistencia del
concreto reforzado. La resistencia a combinaciones de momento
flector y carga axial, se calcula con base en el acero en traccin
en cedencia y un bloque compresivo de la forma de un rectngulo
equivalente. La resistencia al corte se calcula con base en alguna
resistencia proveniente de la mampostera misma, ms alguna
resistencia proveniente del refuerzo cortante.
Desde la introduccin del diseo por resistencia en el 2002, se ha
seguido el proceso de
armonizacin entre el diseo por resistencia y el diseo por
esfuerzos admisibles, para lograr semejanza de diseos producidos
por los dos enfoques.
2) Refinamiento seguido de requisitos sobre diseo ssmico Adems
de exigir que la resistencia de elementos de mampostera exceda las
acciones
ssmicas impuestas sobre ellos, la norma MSJC exige un nivel
mnimo de detallado (cuanta mnima y espacio mximo), que asciende
segn el riesgo ssmico asociado a la ubicacin geogrfica de la
estructura, y el valor del factor, R, que reduce las fuerzas
elsticas por sismo. En la ltima edicin de la norma MSJC, las
categoras de riesgo ssmico se han actualizado de conformidad con
los ltimos mapas nacionales.
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3) Mampostera de concreto celular curado en autoclave Comenzando
con la edicin 2005 de la norma MSJC, se introdujo un apndice para
el diseo
por resistencia de mampostera de concreto celular curado en
autoclave (AAC, por sus siglas en ingls). En la edicin 2013 de la
norma, las provisiones actualizadas estn en el Captulo 11.
4) Tabiques de mampostera Comenzando con la edicin 2011 de la
norma MSJC, se introdujo un apndice para el anlisis
y diseo por resistencia de tabiques de mampostera. En la edicin
2013 de la norma, las provisiones actualizadas estn en el Apndice
B.
5) Diseo lmite contra sismos Comenzando con la edicin 2013 de la
norma MSJC, se introdujo un Apndice C que permite
al diseador distribuir las fuerzas ssmicas de diseo calculadas
por el ASCE7-10, segn un mecanismo plstico.
6) Diseo emprico Comenzando con la edicin 2013 de la norma MSJC,
la mayora del viejo diseo emprico
pas al Apndice A, como parte del proceso hacia su eventual
desaparicin. Una parte del viejo diseo emprico se preserva en el
Captulo 14 (divisorios), pero con mayor seguridad que antes.
7) Reformateo Comenzando con la edicin 2013 de la norma MSJC, se
ha reformateado toda la norma, con
los objetivos de ordenar mejor los tpicos, y simplificar las
actualizaciones futuras.
1.5.2 Actualizaciones del Comit Normativo EEUU sobre Mampostera
Comenzando en el ao 2011, The Masonry Society (TMS) asumi el papel
lder de las tres organizaciones tcnicas que patrocinan el comit
MSJC, siendo las otras el ACI y el ASCE. La edicin 2013 de la norma
MSJC ser la ltima edicin con patrocinio de las tres organizaciones.
Comenzando en el ao 2014, el comit normativo sobre mampostera est
bajo el patrocinio nico de The Masonry Society (TMS), y cambiar de
nombre al Comit TMS 402. Comenzando con la edicin 2016, la norma
sobre mampostera EEUU se llamar la Norma TMS 402, por el nombre del
comit segn la nomenclatura TMS.
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1.5.3 Enfoque de la Norma MSJC sobre el Comportamiento Bsico de
la Mampostera
La mampostera es un material compuesto, que incluye unidades,
mortero de pega, mortero de relleno, y materiales accesorios.
Debido a esta naturaleza compuesta, su comportamiento estructural
es complejo. A travs del anlisis con elementos finitos no lineales,
incluyendo tanto el comportamiento de los materiales y de las
relaciones de la interfaz entre ellos, se puede analizar el
comportamiento carga deformacin de los elementos de mampostera. Sin
embargo, para el diseo, este enfoque no es prctico ni necesario.
Para propsitos de diseo, la mampostera puede idealizarse como
material istropo, con comportamiento no lineal de esfuerzo
deformacin unitaria. Su capacidad en compresin se gobierna por el
aplastamiento (tal vez en forma compleja), y su capacidad en
traccin, por la resistencia por adherencia entre unidades y
mortero. La resistencia de la mampostera al aplastamiento puede
evaluarse mediante ensayos compresivos sobre prismas (muretes) de
mampostera. El diseo de elementos de mampostera se basa en una
resistencia compresiva especificada de la mampostera, fm, cuyo
papel es anlogo al de la resistencia compresiva especificada del
concreto, fc en el diseo de concreto. La resistencia compresiva
especificada de la mampostera es la base del diseo, y forma parte
del contrato de construccin. Tal contrato requiere verificacin que
la mampostera cumpla con la resistencia compresiva especificada,
mediante ensayos compresivos de prismas de mampostera, o mediante
relaciones conservadoras usando las resistencias compresivas de las
unidades, y el tipo de mortero. Estos se incluyen en la norma y
especificacin MSJC. Elementos de mampostera que necesitan clculo
estructural se disean usando la resistencia compresiva especificada
(verificada como se nota arriba), y resistencias prescritas de
traccin flectora, con base en amplia investigacin experimental.
1.5.4 Posible Relevancia de la Norma MSJC, al Proceso Normativo
en Latinoamrica Como se ha aludido anteriormente, una norma sobre
el diseo de la mampostera, por buena que sea en su propio medio, no
debe aplicarse textualmente en otro medio. La norma MSJC representa
un punto til de partida en el diseo estructural de elementos de
mampostera, para los pases de Latinoamrica. Entre los puntos ms
relevantes de la norma MSJC para la mampostera latinoamericana, se
incluyen los siguientes: 1) Para el diseo estructural en general,
es necesario incluir la mampostera en el diseo
estructural, o aislarla debidamente del sistema estructural. No
es aceptable disear la estructura como prtico, despreciando los
efectos de la mampostera. Dado que la mampostera no es capaz de
aislarse por s misma de la estructura para satisfacer las hiptesis
del diseador, va a contribuir a la respuesta de la estructura segn
su rigidez relativa. Es fcil mostrar que casi cualquier elemento no
estructural de mampostera, incluyendo la mampostera mal construida,
es mucho ms rgido que el prtico tpico.
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2) Es posible y prctico desarrollar estructuras de mampostera
formadas de muros portantes de
mampostera, sin elementos tipo prtico. 3) Aunque en los EEUU de
Amrica casi no se usa la mampostera confinada (es decir,
paneles
de mampostera no reforzada, ligados por elementos confinantes de
concreto reforzado), es sensato pensar que su comportamiento debe
ser esencialmente similar al de la mampostera reforzada.
4) Los muros cortantes de mampostera pueden lograr cierta
ductilidad, aunque no es factible
poner estribos cerrados en sus talones compresivos. La
ductilidad se logra mediante un control estricto de la cuanta mxima
de refuerzo longitudinal, en funcin de la carga axial en el muro.
No es necesario proveerle elementos de borde a los muros cortantes
de mampostera.
Las funciones posibles que pueden cumplir los elementos de
borde, y an la existencia misma
de ellos, pueden mirarse desde varios puntos de vista. Primero
que todo, cabe decir que no son esenciales. El raciocinio original
tras los elementos de borde, fue el de confinar (comprimir) las
fibras extremas compresivas en los muros, hacindolas capaces de
aguantar mayores deformaciones unitarias. El necesitar o no los
elementos de borde, depende de la demanda de curvatura en las
secciones donde se piensan formar rtulas plsticas.
Si uno estima que un muro de mampostera tiene que resistir los
efectos de deformaciones
inelsticas, hasta ductilidades consistentes con la reduccin que
se haya supuesto de las fuerzas elsticas a las fuerzas de diseo,
habr que disear la rtula plstica en la base del muro, para
desarrollar una ductilidad de curvatura de entre 2 y 4. Por
consiguiente, la correspondiente ductilidad de deformacin unitaria
en el acero debe ser del mismo orden. Se puede plantear, entonces,
un gradiente crtico de 2 a 4 veces la deformacin de cedencia en la
fibra extrema en traccin, hasta la mxima deformacin til en la
mampostera, es decir, de 0.0025 (mampostera de concreto) o de
0.0035 (mampostera de arcilla).
Para tales casos, es preferible distribuir las varillas
verticales (es decir, flectores)
uniformemente a lo largo de la seccin en planta, pues as se
logra ms facilidad constructiva, menos congestionamiento de
refuerzo en los extremos, y ms compresin en el bloque compresivo,
reduciendo as la tendencia hacia falla por corte deslizante.
Si la fibra extrema del muro tiene que resistir deformaciones
unitarias mayores del 0.003 (por ejemplo, en el caso de un muro de
concreto reforzado, diseado para derivas de ms del 0.01), entonces
ser necesario proveerle medios de confinamiento, tales como
estribos cerrados (en el caso de concreto reforzado) o platinas (en
el caso de mampostera). Puesto que las platinas son costosas y
difciles de instalar, la opcin preferible sera la de disear la
mampostera para ductilidades de curvatura no mayores de 2 a 4, lo
cual normalmente es factible en estructuras de mampostera.
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Adems de estas observaciones estructurales, cabe notar que el
uso de elementos de borde exagerados, puede conducir a un
comportamiento en el cual la falla del muro se gobierna por
aplastamiento de diagonal compresivo, o por corte en el alma del
muro. Ninguno de estos es deseable.
5) Principalmente por razones histricas y constructivas, los
sistemas de prticos con tabiques
no se usan en la mampostera moderna en los EEUU.
Estructuralmente, los prticos entabicados representan un extremo de
la gama de muros cortantes, en el cual por delgadez del alma del
muro, la falla se gobierna o por aplastamiento de una riostra
diagonal, o por deslizamiento de una junta horizontal de la
diagonal. Tal falla puede, al principio, presentar aspectos
beneficiosos, como la posibilidad de buena disipacin de energa
mediante el deterioro lento de la mampostera del alma. Sin embargo,
es absolutamente indeseable, pues conlleva a un mecanismo de un
solo piso, que tiende a concentrar la demanda de deriva en el piso
donde la tabiquera falla. Esencialmente, la deriva local se hace la
deriva global, multiplicada por el nmero de pisos que tenga la
estructura. Es casi imposible disear columnas para aguantar esas
derivas en forma alternante. Finalmente, hay que tener en cuenta el
corte local que se produce en las columnas por el componente
horizontal de la compresin en los diagonales compresivos. La
combinacin de demanda elevada de deformaciones inelsticas en las
columnas, con demanda elevada de corte, sobrepasa la capacidad
prctica de las columnas. Comenzando con la edicin 2011, la norma
MSJC incluye un apndice sobre el diseo de tabiques.
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2. ESPECIFICACIN Y DISEO DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA SIN
CLCULO ESTRUCTURAL
2.1 Introduccin
De todos los materiales constructivos de los cuales la humanidad
dispone, el ms esencial es la mampostera. Se ha usado por ms de
diez milenios, comenzando con la mampostera de adobe del Medio
Oriente, hasta la moderna mampostera portante. Se ha usado para
una gama sin precedentes de estructuras, incluyndose muros,
torres,
puentes, castillos, bvedas, vigas, techos, y columnas. Se ha
usado para plasmar una variedad inslita de formas arquitectnicas.
Hoy en da, el 90% de la poblacin del mundo vive en estructuras de
mampostera. Sin embargo, casi nunca se estudia. Las razones
posibles incluyen:
La mampostera muchas veces se desprecia desde el punto de vista
estructural. Se ve slo
como elemento arquitectnico. La mampostera muchas veces se
construye en forma chueca, con mala mano de obra. La mampostera
muchas veces se construye con malos materiales, con
especificaciones nulas
o mal escritas. Las normas estructurales a veces no tratan la
mampostera como material estructural. Se notar que las razones
arriba mencionadas son circulares, en el sentido que cada una de
las cuales tiende a disminuir ms an, el uso estructural de la
mampostera. Sin embargo, hay tambin una contra-tendencia hacia un
uso ms eficiente de materiales. En este curso, esperamos aprovechar
tal contra-tendencia, y as poder servir mejor al cliente y a la
sociedad en general, y a la vez alcanzar las metas gemelas de buen
trabajo y ganancia razonable.
-
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2.2 Comportamiento Bsico de las Estructuras Tipo Caja de
Mampostera
Las estructuras tipo caja de mampostera estn sujetas a cargas de
gravedad y cargas laterales. Las cargas de gravedad se transfieren
del sistema de techo a los muros. Los muros no portantes resisten
cargas gravitacionales debidas solamente a su propio peso; los
muros portantes resisten las cargas del techo o de entrepiso, en
adicin a su propio peso. Para un sistema de techo que van en una
sola direccin, un juego de muros son muros no portantes, y el otro,
muros portantes. En todo caso, las cargas verticales en los muros
pueden visualizarse como resistidas por franjas verticales, como se
muestra en la Figura 2.1.
Figura 2.1 Flujo de fuerzas frente a cargas de gravedad
El hecho de que los muros pueden considerarse como una serie de
franjas independientes verticales, apoyadas en el nivel de
cimentacin y en el nivel del techo, implica la accin de la
estructura contra solicitaciones laterales que se muestra en la
Figura 2.2.
Figura 2.2 Flujo de fuerzas frente a cargas laterales
o Los muros que van perpendiculares a las cargas tienen que
pasar estas al nivel de la
cimentacin y al nivel del techo. o El techo tiene que actuar
como diafragma horizontal, pasando las fuerzas a los muros que
van
paralelos a las cargas.
franja vertical
muro portantemuro no portante
muro portante
muro no portante
franja vertical
muro portantemuro no portante
muro portante
muro no portante
franja vertical
-
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o Los muros que van paralelos a las cargas tienen que sostener
horizontalmente al diafragma de
techo, pasando las cargas a la cimentacin. Es decir, tienen que
actuar como muros cortantes. En el resto de este captulo, vamos a
tratar el diseo de tales muros. Veremos que en casi todos los
casos, el diseo mismo es muy sencillo, pues hay suficiente
mampostera para que los esfuerzos sean sumamente bajos. Primero
vamos a tratar los muros cargados por combinaciones de carga
vertical y carga lateral perpendicular a su plano; y despus vamos a
tratar los muros cargados por combinaciones de carga vertical y
carga lateral en su plano (muros cortantes).
PREMISA FUNDAMENTAL DE DISEO Las estructuras tipo muro se
componen solamente de muros de mampostera.
NO HAY COLUMNAS NI VIGAS TIPO PRTICO DE ACERO O CONCRETO.
Las cargas laterales de viento o sismo se presumen a actuar
separadamente en cada direccin principal de la planta. Dependiendo
de la direccin en la cual acten, los muros pueden ser muros
portantes, o muros cortantes.
2.3 Punto de Arranque para Refuerzo
Aunque cada caso es distinto, se puede usar como punto de
arranque, el arreglo de refuerzo que se muestra en la Figura 2.3.
Los tamaos y nmero de varillas pueden refinarse segn los clculos de
las secciones siguientes.
Figura 2.3 Punto de arranque para refuerzo
(example of direction of bearing) refuerzo vertical que consiste
en varillas #4 en lasesquinas, jambas e intervalos de unos 1.60
metros
refuerzo horizontal de 2 varillas #4 en soleras en la
terminacion de los muros, y sobre y bajo aperturas
aumentar refuerzo horizontal a 2 varillas de #5 sobreaperturas
con luz > 2 metros
(example of direction of bearing)ejemplo de direccion de
accion(example of direction of bearing) refuerzo vertical que
consiste en varillas #4 en lasesquinas, jambas e intervalos de unos
1.60 metros
refuerzo horizontal de 2 varillas #4 en soleras en la
terminacion de los muros, y sobre y bajo aperturas
aumentar refuerzo horizontal a 2 varillas de #5 sobreaperturas
con luz > 2 metros
(example of direction of bearing)ejemplo de direccion de
accion
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2.4 Elementos Bsicos de la Mampostera
Los elementos bsicos de la mampostera son: o unidades; o mortero
(mortero de pega); o concreto lquido (mortero de relleno); y o
accesorios. A continuacin, se describe cada uno de estos.
2.4.1 Unidades Las unidades comprenden las unidades de arcilla
cocida, y las unidades de concreto. Se describen en ms detalle
abajo.
2.4.2 Mortero Hay dos variedades principales de mortero para
mampostera: o Mortero de Cemento y Cal (varias proporciones de
cemento, cal hidratada, y arena). El
cemento puede ser prtland, puzolnico, o de escoria de alto
horno. Puede dosificarse a mano, o automticamente usando material
de silos.
o Mortero de Cemento para Mampostera (varias proporciones de
cemento para
mampostera y arena). El cemento para mampostera (masonry cement)
se fabrica y distribuye por algunas compaas abastecedoras de
cemento. Sus ingredientes y dosificacin varan entre fabricantes. No
tienen que divulgarse, y normalmente no se divulgan. En general se
compone de cemento (Prtland, puzolnico, o de escoria de alto
horno), carbonato de calcio finamente molido (que acta primeramente
como ingrediente inerte), y aditivos aireadores, aditivos
retenedores de agua, y aditivos fluidificantes. Puede tener cal
hidratada, pero normalmente no la tiene. Es de menos uso en la
Amrica Latina, que en los EEUU.
2.4.3 Concreto Lquido El concreto lquido (grout, o mortero de
relleno) es una mezcla fluida de cemento, agua, y gravilla
(agregado de tamao mediano). Puede usarse para llenar algunos o
todos los vacos en unidades con huecos, o entre las hojas con
unidades slidas.
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2.4.4 Accesorios Los accesorios comprenden: o Refuerzo o
Conectores (acero galvanizado o inoxidable) o Sellantes Para juntas
de expansin (mampostera de arcilla cocida) Para juntas de control
de agrietamiento (mampostera de concreto) Para juntas constructivas
o Botaguas (bota-aguas, o goteras) o Capas Protectoras pinturas
capas impermeabilizantes
2.5 Uso de Unidades En Elementos Arquitectnicos o
Estructurales
2.5.1 Dimensiones Las dimensiones de unidades de mampostera
tpicamente se dan en trminos de (espesor por altura por largo). Hay
tres juegos de dimensiones a que se refieren: Dimensiones
nominales: las distancias ocupadas por la unidad, ms la mitad del
espesor de la
junta en cada lado Dimensiones especificadas: las dimensiones
tericas de las unidades mismas; es decir, las
dimensiones nominales, menos la mitad del espesor de las juntas
Dimensiones reales: las dimensiones medidas de las unidades
2.5.2 Patrones de Colocacin (Aparejo) Los patrones de colocacin
se muestran en la Figura 2.4:
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Figura 2.4 Patrones de colocacin (aparejo) de unidades
2.5.3 Tipos de Muro En la Figura 2.5 en la prxima pgina, se ven
ejemplos de los principales tipos de
muros de mampostera:
muro de barrera resiste la penetracin del agua primeramente por
su espesor puede tener una o mltiples hojas muros de barrera de
mltiples hojas pueden conectarse por junta de entrehojas o por
unidades puestas a escuadras al plano del muro
muro tipo drenaje resiste la penetracin del agua por una
combinacin de espesor y detalles de drenaje los detalles de drenaje
incluyen un hueco entra las hojas, con espesor 5 cm, botaguas, y
lagrimales puede ser una fachada de ladrillos sobre respaldo de
bloques puede ser una fachada de ladrillos sobre respaldo de acero
formado en fro
normal (trabado, cuatropeado) aparejo apilado (de petaca), ,
aparejo , , normal (trabado, cuatropeado) aparejo apilado (de
petaca), , aparejo , ,
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Figura 2.5 Tipos de muros de mampostera
Muro Tipo Barrerade Una Hoja
Muro Compuestocon Junta Llena
Muro a hueco(fachada deladrillossobre respaldo debloques
Junta paraexpansioncon empaque
amarres amarres
Muro a hueco(fachada de ladrillossobre respaldode aceroformado
en frio
Botaguas,lagrimales
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2.5.4 Resumen de la Historia del Uso de la Mampostera en los
EEUU En los EEUU, antes de los aos 30 del siglo XX, se usaba la
mampostera no reforzada al igual que en muchos otros pases. Tena
diafragmas horizontales de madera, muros portantes de mltiples
hojas y problemas inherentes a la falta de estructuracin, mala
calidad de materiales y mal control de mano de obra. Mostraba psimo
comportamiento ssmico. En pocas palabras, mostraba todos los
defectos estructurales que ha mostrado la mampostera tradicional.
Todo cambi en 1933, con el sismo de Long Beach, unos 100 km hacia
el norte de Los ngeles en la costa de California. A causa del
colapso de varios edificios escolares en mampostera tradicional, se
murieron decenas de escolares. La legislatura del estado de
California reaccion casi en forma inmediata, aboliendo el uso de la
mampostera tradicional en el estado, mediante el Field Act, un
proyecto de ley nombrado as por su redactor. Cuatro aos despus, en
1937, la industria de la construccin en California, tratando de
salvarse y a la vez responder a las necesidades de la poblacin
creciente de all, propuso a los oficiales de la construccin, los
trminos bajo los cuales podra entrar nuevamente en el mercado. Se
sugiri una nueva forma de mampostera, que mimetizara la prctica de
aquel entonces sobre muros de concreto armado (Figura 2.6). Tendra
unidades huecas, al principio solamente de concreto, y luego de
arcilla cocida. Tendra una integridad global mediante el uso de
mortero de relleno (concreto lquido) en todas las celdas de las
unidades. Tendra cuantas de refuerzo corrugado, puestas
verticalmente en celdas y horizontalmente en hiladas de unidades de
alma recortada, que se semejaban a las cuantas requeridas para los
muros cortantes del concreto armado de aquel entonces. Por cuanto
eso tampoco se exiga a los muros de concreto, no se le exigi a la
nueva mampostera reforzada ningn detallado especial.
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Figura 2.6 Construccin tpica de la mampostera armada
Con el tiempo, la prctica de la mampostera armada se ha
extendido por todos los EEUU. La mampostera armada ha funcionado
muy bien en varios sismos fuertes. Los pocos problemas que han
surgido pueden atribuirse a fallas constructivas, tales como vacos
en el mortero de relleno (concreto lquido), las cuales pueden
evitarse mediante una debida inspeccin. Con las unidades slidas, es
ms difcil usar la mampostera armada, pues hay que poner el refuerzo
en juntas entre hojas. En los EEUU, casi no se usa la mampostera
confinada, con elementos horizontales y verticales de concreto
reforzado, entre paneles de mampostera no armada, de unidades
slidas.
2.6 Bosquejo de la Industria de la Mampostera
1) A diferencia de las industrias del acero o del concreto,
ningn segmento de la industria de la
mampostera produce un componente terminado. Todos los productos
tienen que ensamblarse.
2) Dada la dificultad de asignar una responsabilidad clara para
el producto final, es preciso
describir (a veces en detalle) los sub-productos (unidades,
mortero, concreto lquido, accesorios). En la industria de la
mampostera, esto se hace mediante especificaciones estndar para
sub-productos, y mtodos de muestrear y ensayar los subproductos. En
los EE UU, tales documentos normalmente se desarrollan por la
American Society for Testing and Materials (ASTM). En varios pases
de la Amrica Latina, se han desarrollado
mortero de relleno
refuerzo deacero
unidades deconcreto de arcilla
cocida
mortero de pega
mortero de relleno
mortero de relleno
refuerzo deacero
unidades deconcreto ode arcilla
cocida
mortero de pega
mortero de relleno
mortero de relleno
refuerzo deacero
unidades deconcreto de arcilla
cocida
mortero de pega
mortero de relleno
mortero de relleno
refuerzo deacero
unidades deconcreto ode arcilla
cocida
mortero de pega
mortero de relleno
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especificaciones semejantes. Para que estos apuntes sean
aplicables a varios pases latinos, no se mencionan las
especificaciones de cada pas, sino solamente las especificaciones
EEUU.
2.7 Mortero para Mampostera (Mortero de Pega)
El mortero para mampostera separa las unidades, y a la vez las
une. NOTA: Este juego de apuntes parte ligeramente de la prctica
latinoamericana de usar la misma
palabra (mortero) tanto para el mortero de pega, y el mortero de
relleno, pues los dos materiales son completamente distintos, y no
deben confundirse.
Segn las especificaciones EEUU para el mortero de pega, hay que
escoger bsicamente tres cosas: el sistema cementante; el tipo de
mortero; y el control por proporcin verso propiedad. El sistema
cementante puede ser de cemento prtland y cal, o de cemento para
mampostera. En cada sistema cementante, se puede especificar varios
tipos de mortero, los cuales se describen a continuacin.
Finalmente, en cada combinacin de sistema cementante y tipo de
mortero, se puede especificar por proporcin (receta), o por
propiedad. Estas opciones se describen tambin a continuacin.
2.7.1 Introduccin a la Qumica de Mortero Mortero de Cal y Arena:
Desde los romanos, se ha hecho mortero para mampostera usando una
mezcla de cal y arena. Primero, se calienta (es decir, se calcina)
piedra caliza (carbonato de calcio) para producir la cal viva (xido
de calcio): piedra caliza + calor = xido de calcio + dixido de
carbono (cal viva) CaCO3 = CaO + CO2 Para formar el mortero, se
mezcla la cal viva con agua para producir la cal hidratada,
soltndose a la vez cantidades considerables de calor: xido de
calcio + agua = hidrxido de calcio + calor (cal viva) (cal
hidratada) CaO + H2O = Ca(OH)2 + calor
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Finalmente, contacto con la intemperie convierte el hidrxido de
calcio al carbonato de calcio. Esta reaccin tiene lugar sobre
varios aos: hidrxido de calcio + aire = carbonato de calcio + agua
(cal hidratada) (dixido de carbono) (piedra caliza) Ca(OH)2 + CO2 =
CaCO3 + H2O Este variedad de mortero es la base del famoso cal y
canto de la poca colonial en Latinoamrica. Cementos Hidrulicos: Los
cementos hidrulicos se endurecen como resultado con una reaccin
qumica entre minerales con agua. Los cementos hidrulicos han sido
usados desde tiempos prehistricos. Incluyen a los cementos
puzolnicos y al cemento Portland. La cal hidratada no es un cemento
hidrulico, pues el ltimo paso en su proceso de endurecimiento (la
conversin del hidrxido de calcio al carbonato de calcio) ocurre
solamente en presencia de aire. Cementos puzolnicos: Estos fueron
descubiertos por los griegos. La palabra puzolana viene de un sitio
en Italia (Pozzoli, cerca del volcn Vesubio) donde estos minerales
fueron encontrados y usados por los romanos. Una puzolana posee
pocas o ningunas propiedades cementantes por s sola, sino reacciona
con hidrxido de calcio y agua para formar compuestos cementantes.
Por ejemplo: Puzolana natural: SiO2 XH2O (cuarzo) Cuando esto se
mezcla con la cal hidratada (hidrxido de calcio, o Ca(OH)2 ), la
siguiente reaccin ocurre: SiO2 XH2O + Ca(OH)2 = Ca1-3SiO3 H20
(silicato de calcio, un cemento natural) Cemento Yeso: El yeso
reacciona con el agua mucho ms rpidamente que la cal o las
puzolanas. El yeso puro fragua en unos 5 minutos. El yeso comercial
fragua en unos 45 minutos porque contiene retardantes. La piedra
yeso se calcina igual que la piedra caliza, pero necesita menos
energa: (piedra yeso) (yeso) CaSO4 2H2O + calor = CaSOH4 1/2H2O +
3/2 H2O
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Cuando se aade agua al yeso, revierte a su estado original:
(yeso) (piedra yeso) CaSO4 1/2H2O + 3/2 H2O = CaSOH4 2H2O + calor
El cemento resultante es tan fuerte y rgido como el concreto. Su
principal desventaja es que expande con el tiempo al absorber agua
del aire, lo cual produce grandes fuerzas rajantes si el yeso se
confina. Nota: en la operacin de calcinar, si se calienta demasiado
a la piedra de yeso, resulta la siguiente reaccin no deseable,
produciendo un polvo inerte que es intil para la construccin:
(piedra de yeso) (anhidrita de yeso) CaSO4 2H2O + calor = CaSOH4 +
2H2O Cemento Portland: El cemento Portland es una clase particular
de cemento hidrulico. Fue fabricado por primera vez en Inglaterra
al principio de los 1800s, y fue llamado as porque se pensaba que
su color se pareca al de una piedra caliza natural de la Isla de
Portland. Constituyentes (Fases) Bsicos del Cemento Portland: El
cemento portland endurecido es el resultado de la hidratacin de
cuatro constituyentes qumicos principales: Nombre Frmula Qumica
Abreviatura Silicato triclcio 3CaO . SiO2 C3S Silicato dicalcio
2CaO . SiO2 C2S Aluminato tricalcio 3CaO . Al2O3 C3A Aluminoferrito
tetracalcio 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 C4AF Cemento seco (no hidratado)
consiste de estos compuestos en forma de polvo. Al aadirle agua,
los compuestos se combinan con ella en una forma exotrmica (se
produce calor), formando hidrxido de calcio (unos 25% por peso) e
hidrato de silicato de calcio (unos 50% por peso).
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Otros Cementos Hidrulicos: En aos recientes, se usa el cemento
Portland con ms frecuencia en combinacin con otros cementos
hidrulicos, en particular los cementos puzolnicos y de escoria de
alto horno. Cada cemento tiene su propia especificacin ASTM. Los
cementos puzolnicos se combinan con hidrxido de calcio para
producir hidrato de silicato de calcio. Los cementos de escoria de
alto horno (normalmente producidos en el proceso de hacer acero)
son combinaciones de silicatos y silicatos de aluminio. Al
hidratarse, producen primeramente hidratos de silicato de calcio,
tambin. Sistemas Modernos de Mortero para la Mampostera: El mortero
moderno para la mampostera se compone de agentes cementantes
(cemento portland u otros cementos hidrulicos ms cal hidratada, o
cemento para mampostera), arena, y agua. Cada uno de ellos puede
referirse como sistema cementantes. Se definen por el ASTM C 270.
Aquella especificacin define, para todo sistema cementantes,
diferentes tipos de mortero. En general estos se distinguen por la
cantidad de cemento que usan.
2.7.2 Especificaciones Aplicables para Mortero A continuacin se
dan las especificaciones aplicables del ASTM para mortero. Ntese
que estas en turno pueden citar otras especificaciones ASTM. ASTM
C270: Especificaciones del Mortero para Mampostera (cita ASTM C91:
Especificacin
para Cemento para Mampostera) El mortero para mampostera puede
especificarse por proporcin o por propiedad, pero no por los dos
mtodos a la vez. El caso omiso es la especificacin por
proporcin.
2.7.3 Tipos de Mortero para Mampostera Los tipos de mortero para
mampostera se identifican segn una nomenclatura especficamente
desarrollada para no atribuir mejor calidad a ciertos tipos de
mortero. En lugar de usar una simbologa como A, B, C, se adopt la
siguiente: M, S, N, O ( M a S o N w O r K )
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Caractersticas de Tipos Diferentes de Mortero para Mampostera
Tipo M: alta resistencia en compresin y adherencia con unidades
Tipo S: moderada resistencia en compresin y adherencia con unidades
Tipo N: baja resistencia en compresin y adherencia con unidades
Tipo O: muy baja resistencia en compresin y adherencia con unidades
Tipo K: ya no se usa
2.7.4 Mortero de Cemento y Cal La especificacin por proporciones
para mortero de cemento y cal se muestra en la Tabla 2.1. Los
cementos pueden ser cemento prtland, cemento puzolnico, o cemento
de escoria de alto horno: Tabla 2.1 Especificacin por proporcin del
mortero de cemento y cal
Proporciones por Volumen Tipo de Mortero
Cemento
Cal Hidratada Arena de Albail
(2-1/4 a 3 veces el volumen del material cementante)
M 1 1/4 3 S 1 1/2 4-1/2 N 1 1 6 O 1 2 9
Especificaciones ASTM Aplicables: ASTM C207: Cal Hidratada para
Mampostera Tipo N: ningn lmite sobre xidos (Tipo NA tiene
aditivos
aireadores) Tipo S: limites sobre xidos (Tipo SA tiene aditivos
aireadores) ASTM C144: Agregados para Mortero para Mampostera
(granulometra especificada) Si la arena no cumple con la
granulometra especificada, puede ser aceptable
por uso es decir, si tiene historia de uso exitoso.
Especificacin por propiedad para mortero de cemento y cal, para
mampostera: NOTA: Estas especificaciones se aplican solamente a
mortero de laboratorio, con un flujo
de alrededor de 110. No se requieren para mortero en la obra.
Ver abajo para una explicacin de flujo.
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La correspondiente especificacin por propiedad se muestra en la
Tabla 2.2: Tabla 2.2 Especificaciones por propiedad del mortero de
cemento y cal
Requisitos de Propiedad Tipo de Mortero
Resistencia Compresiva, libras
por pulgada cuadrada
Retencin de
Agua
Contenido Mximo
de Aire
M 2500 75% 12% S 1800 75% 12% N 750 75% 14% (12% si
reforzado) O 350 75% 14% (12% si
reforzado)
2.7.5 Mortero de Cemento para Mampostera La especificacin de
proporcin para mortero de cemento para mampostera se muestra en la
Tabla 2.3.
Tabla 2.3 Especificacin por proporcin del mortero de cemento
para mampostera
Proporciones por Volumen
Tipo de Mortero Tipo de
Cemento para Mampostera
Cemento M
S
N
Arena de albail (2-1/4 a 3 veces el
volumen de material cementante
M 1 3 S 1 3 N 1 3 O 1 3 M 1 1 6 S 1/2 1 4-1/2
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Las mezclas ms comunes son las llamadas mezclas de una sola
bolsa (las primeras cuatro lneas de la tabla). La correspondiente
especificacin por propiedad del mortero de cemento para mampostera
se muestra en la Tabla 2.4: Tabla 2.4 Especificacin por propiedad
del mortero de cemento para mampostera Tipo de Mortero de
Cemento para Mampostera
Requisitos de Propiedad para Mortero de Cemento para
Mampostera
Resistencia
Compresiva, libras por pulgada cuadrada
Retencin de
Agua
Contenido Mximo de
Aire
M 2500 75% 18% S 1800 75% 18% N 750 75% - (18% si reforzado) O
350 75% - (18% si reforzado)
NOTA: Estas especificaciones se aplican solamente a mortero de
laboratorio, con un flujo
de alrededor de 110. No se requieren para mortero en la obra.
Ver abajo para una explicacin de flujo.
2.7.6 Caractersticas del Mortero Plstico (ASTM C270) Primero que
nada, hay que enfatizar que aunque el mortero s es un material
cementante, como el concreto, funciona en forma distinta a ste, y
no debe cumplir con los mismos requisitos. Sus caractersticas ms
importantes en el estado plstico, se describen a continuacin. 1)
trabajabilidad (fluye bajo el palustre o la cuchara): esto se mide
aproximadamente en
trminos de flujo: una muestra circular y estndar de mortero 4
pulgadas en dimetro en una mesa de flujo, la cual se deja caer 25
veces. El flujo se define como el aumento de dimetro, dividido por
el dimetro inicial y multiplicado por 100. Por ejemplo, si el
dimetro final es 8 pulgadas, el flujo es (8 - 4) / 4, o 100.
Morteros del laboratorio tienen un flujo de unos 100 a 115;
morteros tpicos en la obra, de unos 130 a 150. En la obra, el
mortero s debe re-templarse (ponerle ms agua para mantener la
trabajabilidad), pero no debe usarse ms de 2-1/2 horas despus de
mezclarse.
2) retencin de agua: esta es la razn del flujo despus de succin,
al flujo inicial. Se mide el
flujo despus de succin usando mortero del cual se ha extrado una
parte del agua mediante
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un aparato estndar del vaco. La ASTM C270 requiere una retencin
mnima del 75%. 3) contenido de aire: el porcentaje de aire por
volumen (ASTM C91). Mortero con cemento y
cal tiene un contenido tpico de aire de 2 a 4%. Mortero tipo
cemento para mampostera tiene un contenido tpico de aire de 12 a
20%.
2.7.7 Caractersticas del Mortero Endurecido (ASTM C270) A lo
mejor, la caracterstica ms importante del concreto endurecido es su
resistencia compresiva. A diferencia de esto, la resistencia
compresiva no es tan importante para el mortero. Se necesita un
valor mnimo, pero no a costo de sus caractersticas en el estado
plstico. o resistencia compresiva: Esto se mide con cubos de 2
pulgadas de mortero, hechos con
mortero con flujo de laboratorio, y curado por 28 das bajo
condiciones estndar de 100% humedad relativa y 70oF. Tal
resistencia tpicamente vara entre 500 a 3000 libras por pulgada
cuadrada. Casi no afecta la resistencia compresiva de la mampostera
(ver abajo). ASTM C270 requiere resistencias compresivas mnimas de
2500, 1800, 750, y 350 libras por pulgada cuadrada para morteros
Tipos M, S, N, y O, respectivamente (175, 125, 53, y 25 kg/cm2
respectivamente). La resistencia compresiva tpica de mortero tipo
cemento para mampostera es ligeramente mayor al valor mnimo
especificado. La resistencia compresiva tpica de mortero con
cemento y cal es normalmente alrededor del 50% mayor del valor
mnimo especificado.
2.7.8 Otras Caractersticas del Mortero
(no definidas directamente por las especificaciones ASTM): o
adherencia con unidades. Esta caracterstica tiene valores promedios
de unos 100 libras por
pulgada cuadrada (7 kg/cm2) con mortero de cemento y cal, y ms o
menos la mitad de esto para mortero con cemento para
mampostera.
2.8 Concreto Lquido para Mampostera (Mortero de Relleno)
2.8.1 Especificacin Aplicable ASTM: ASTM C476: Concreto Lquido
para Mampostera (Grout for Masonry) El concreto lquido para
mampostera se compone de cemento, arena, y gravilla. Puede
tambin tener cal hidratada, pero normalmente no la tiene.
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2.8.2 Especificaciones por proporcin para concreto lquido para
mampostera La especificacin por proporcin se muestra en la Tabla
2.5: Tabla 2.5 Especificacin por proporcin del concreto lquido
Tipo de Concreto
Lquido
Proporciones por Volumen
Cemento Cal Hidratada Arena de
Albail Gravilla
Fino 1 1/10 2-1/4 a 3 - Grueso 1 1/10 2-1/4 a 3 1 a 2
2.8.3 Propiedades del Concreto Lquido Fresco El concreto lquido
se vaca con un asentamiento de por lo menos 8 pulgadas (20 cm),
para que fluya libremente por los vacos de la mampostera.
2.8.4 Propiedades del Concreto Lquido Endurecido La propiedad ms
importante del concreto lquido es su resistencia compresiva. Debido
a su alta razn agua / cemento al vaciarse, concreto lquido en
moldes impermeables tiene una resistencia compresiva muy baja, la
cual no representa su resistencia en condiciones reales, cuando las
unidades que lo rodean le absorben el agua. Por tal razn, ASTM
C1019 (Resistencia Compresiva del Concreto Lquido, o Compressive
Strength of Grout) prescribe el uso de moldes permeables. La manera
ms comn de hacerlo es arreglar unidades de mampostera para que
envuelvan un cuadrado cuya base mide 2 pulgadas (5 cm) en cada
lado, y cuya altura iguala la altura de las unidades. El cuadrado
se rodea por toallas de papel o por papel tipo filtro, para que la
razn agua / cemento del espcimen se semeje a la del concreto lquido
en la obra.
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2.9 Informacin General sobre Unidades de Mampostera
2.9.1 Especificaciones Aplicables ASTM: Estas pueden en turno
citar otras especificaciones ASTM
Unidades de Arcilla Cocida Especificaciones para: (entre otros)
ASTM C62: Ladrillos Slidos -- Building Brick (Solid Masonry
Units
Made from Clay or Shale) ASTM C216: Ladrillos Slidos de Fachada
-- Facing Brick (Solid Masonry
Units Made from Clay or Shale) Muestreo y Ensayos: ASTM C67:
Ladrillos -- Brick and Structural Clay Tile
Unidades de Concreto Especificaciones para: (ente otros) ASTM
C90): Unidades Portantes con Huecos (Hollow Load-Bearing Concrete
Masonry
Units) ASTM C744: Unidades Slico-Calcreas (Prefaced Concrete and
Calcium Silicate Masonry
Units) ASTM C936: Adoquines (Solid Concrete Interlocking Paving
Units) Muestreo y Ensayos: ASTM C140: Unidades de Mampostera de
Concreto (Concrete Masonry Units) ASTM C426: Retraccin por Secado
(Drying Shrinkage)
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