Cálculo y Diseño de Edificios de Albañilería Armada y Confinada

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    01-Jul-2015

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especificaciones generales, anlisis y diseo

Comunidad para la Ingeniera CivilClculo y Diseo de Edificios de Albailera Armada y Confinada Especificaciones Generales, Anlisis y Diseo

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Especificaciones Generales, Anlisis y Diseo

Por su facilidad constructiva y su buen comportamiento ssmico (cuando existe alta densidad de muros), la albailera se ha convertido en uno de los materiales ms empleados. (San Bartolom Ramos, 1992). En esta publicacin se tratarn las metodologas de clculo y diseo para la Albailera Armada y Confinada, que cubrirn conceptos de diseo segn normas internacionales y el desarrollo de temas como la aplicacin de elementos finitos y el diseo por desempeo. En este captulo se tratarn de desarrollar, comparar y generalizar las normas de clculo y diseo como la Norma Tcnica E-070 Albailera del Per , las Normas Tcnicas Complementarias para Diseo y Construccin de Estructuras de Mampostera de Mxico , la NCh1928 y NCh2123 de Chile , el Reglamento Colombiano de Construccin Sismo Resistente NSR-10 , y la Norma ACI 530 Specification for Masonry Structures. Con las normas enumeradas anteriormente se tendrn las suficientes referencias para tratar el diseo por esfuerzos permisibles y el diseo por estados lmites para Edificios de Albailera (Mampostera).

1.11.1.1

MaterialesUnidades de Albailera

Las unidades de albailera, pueden ser de concreto, cermica (arcilla cocida), slico-calcreas. (NSR-10/D.3.6.1). Una pieza, unidad o ladrillo de albailera, ser aquella cuya dimensin y peso permite que sea manipulado por una sola mano. Bloque ser la unidad que requiera de las dos manos para su manipulacin. Estas unidades pueden ser slidas, huecas, alveolares o tubulares; y podrn ser fabricadas de manera industrial o artesanal. (NTE E-070/3.1.1). Se considera una unidad maciza, aquellas que tienen en su seccin transversal ms desfavorable un rea neta de por lo menos 75 por ciento del rea bruta, y cuyas paredes exteriores no tienen espesores menores a 20 mm. (NTC/2.1.1.1). Se considerar una unidad hueca, a aquellas que tienen en su seccin ms desfavorable, un rea neta de por el menos el 50 por ciento del rea bruta; adems, el espesor de sus paredes exteriores no debe ser menor que 15 mm. En unidades con dos hasta cuatro celdas, el espesor mnimo de las paredes interiores no debe ser menor a 13 mm. En unidades multiperforadas (con ms de siete perforaciones o alveolos), cuyas perforaciones sean de las mismas dimensiones y con distribucin uniforme, el espesor mnimo de las paredes interiores ser de 7 mm (Ver Figura 1-1). (NTC/2.1.1.2). En Colombia, el rea de las celdas verticales no puede ser mayor que el 65 por ciento del rea de la seccin transversal; las celdas verticales u horizontales continuas, donde se coloque refuerzo no pueden 2 tener una dimensin menor a 50 mm ni menos de 3000 mm . Las paredes externas e internas no pueden tener un espesor menor a lo establecido en la Tabla 1-1. (NSR-10/D.3.6.4.1). Mientras en Chile, no se deben de usar unidades con perforaciones paralelas a la cara de apoyo de la unidad. (NCh2123/5.2.1). En Colombia se pueden usar en los siguientes tipos de estructuras de albailera (mampostera): de muros confinados, de cavidad reforzada y reforzada externamente. (NSR10/D.3.6.5). En el Per a la unidad con perforacin horizontal, se le conoce como unidad tubular o-2-

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pandereta. (NTE E-070/2.1.27). En Mxico, slo se permiten unidades con perforaciones ortogonales a la cara de apoyo. (NTC/2.1.1.2).

Figura 1-1: Unidades de Albailera.

Tabla 1-1: Espesores mnimos de paredes en unidades de perforacin vertical. Colombia (NSR-10/D.3.6.4.1).

Tabla 1-2: Clasificacin para fines estructurales. Per (NTE E-070/3.1.2) -3-

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Tabla 1-3: Limitaciones en el uso de las unidades de albailera. Per (NTE E-070/3.1.3)

Tabla 1-4: Granulometra de la Arena Gruesa. Per (NTE E-070/3.2.2)

En el Per, para efectos de diseo estructural, las unidades tendrn las caractersticas indicadas en la Tabla 1-2. (NTE E-070/3.1.2). Adems, el uso o aplicacin de las unidades, estar condicionado a lo indicado en la Tabla 1-3. Las zonas ssmicas corresponden a la Zonificacin Ssmica de la norma Sismoresistente E-030. (NTE E-070/3.1.3). 1.1.2 Mortero

El mortero estar constituido por una mezcla de aglomerantes y agregado fino a los cuales se le agregar la mxima cantidad de agua que proporcione una mezcla trabajable, adhesiva y sin segregacin del agregado. (NTE E-070/3.2.1). 1.1.2.1 Componentes del Mortero (NTE E-070/3.2.2)

Los materiales aglomerantes del mortero podrn ser: Cemento Portland Tipo I y II, Cemento Adicionado IP, y una mezcla de Cemento Portland o Cemento Adicionado y Cal Hidratada normalizada. El agregado fino ser de arena gruesa natural, libre de materia orgnica y sales, con las caractersticas indicadas en la Tabla 1-4. Se aceptarn otras granulometras siempre que los ensayos de pilas y muretes proporcionen resistencias especificadas en los planos.

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El agua ser potable y libre de sustancias deletreas, cidos, lcalis y materia orgnica.

Tabla 1-5: Tipos de Mortero. Per (NTE E-070/3.2.4)

Tabla 1-6: Proporcin en volumen, recomendados para morteros en elementos estructurales. Mxico (NTC/2.5.2)

1.1.2.2

Proporcin del Mortero

En el Per, se clasifican los morteros en dos tipos: P, que se emplea en la construccin de muros portantes; y NP, en los muros no portantes. (NTE E-070/3.2.3). Las proporciones volumtricas se pueden observar en la Tabla 1-5. Siempre debern contener cemento en la cantidad mnima indicada en la Tabla 1-6. La relacin volumtrica entre la arena y la suma de cementantes se encontrar entre 2.25 y 3, el volumen de arena se medir en estado suelto. Se emplear la mnima cantidad de agua que de cmo resultado un mortero fcilmente trabajable. (NTC/2.5.2). 1.1.2.3 Resistencia a la Compresin del Mortero

El valor mnimo de la resistencia especificada a compresin del mortero, debe ser el que corresponda a la resistencia de la unidad que se emplee en la albailera. En ningn caso, esta resistencia debe ser menor que 5.0 MPa cuando la albailera se construye con unidades de ladrillos cermicos artesanales, y que 10.0 MPa cuando la albailera se construye con unidades hechas a mquina. (NCh2123/5.3.2). Los morteros que se empleen en elementos estructurales de albailera debern cumplir con que su resistencia a la compresin ser por lo menos de 4 MPa (40 Kg/cm2). (NTC/2.5.2).

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Tabla 1-7: Granulometra para el agregado grueso en concreto lquido. Per (NTE E-070/3.3.3)

Tabla 1-8: Composicin granulomtrica de los ridos para el concreto lquido. Chile (NCh1928/A.4.2)

1.1.3

Concreto Lquido (Grout) o Mortero de Relleno

El concreto lquido es un material de consistencia fluida que resulta de mezclar cemento, agregados y agua, pudindose adicionar cal hidratada normalizada en una proporcin que no exceda de 1/10 del volumen del cemento u otros aditivos que no disminuyan la resistencia o que originen corrosin en el acero de refuerzo. Este concreto se emplea para rellenar los alveolos de las unidades de albailera en la construccin de muros armados, y tiene como funcin integrar el refuerzo con la albailera en un solo conjunto estructural. (NTE E-070/3.3.1). El concreto lquido se clasifica en fino y grueso. El grout fino se usar cuando la dimensin menor de los alveolos de la unidad de albailera sea inferior de 60 mm y el grout grueso se usar cuando la dimensin menor de los alveolos sea igual o mayor a 60 mm. (NTE E-070/3.3.2). 1.1.3.1 Componentes del Concreto Lquido

Los materiales aglomerantes sern: Cemento Portland Tipo I, Cemento Adicionado, y una mezcla de Cemento Portland o Cemento Adicionado y Cal Hidratada normalizada. (NTE E-070/3.3.3). El agregado grueso ser confitillo que cumpla con la granulometra especificada en la Tabla 1-7. Se podr utilizar otra granulometra siempre que los ensayos de pilas y muretes proporcionen resistencias especificadas en los planos. (NTE E-070/3.3.2). El agregado fino ser arena gruesa natural, con las caractersticas indicadas en la Tabla 1-4. (NTE E-070/3.3.2). Segn la norma de Chile, la granulometra de los ridos debe de cumplir con la Tabla 1-8). (NCh1928/A.4.2). El tamao mximo del agregado no exceder de 10 mm. (NTC/2.5.3). (NTE E-

El agua ser potable y libre de sustancias, cidos, lcalis y materia orgnica. 070/3.3.2).-6-

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Tabla 1-9: Revenimiento permisible para concretos lquidos. Mxico (NTC/2.5.3).

Tabla 1-10: Proporcin recomendada para concretos lquidos. Mxico (NTC/2.5.3).

Tabla 1-11: Composicin volumtrica del concreto lquido. Per (NTE E-070/3.3.4).

Se emplear la mnima cantidad de agua que permita que la mezcla sea lo suficientemente fluida para rellenar las celdas y cubrir completamente las barras de refuerzo vertical, en caso que se cuente con refuerzo interior. Se aceptar el uso de aditivos que mejoren la trabajabilidad. En la Tabla 1-9, se incluyen revenimientos nominales recomendables para morteros de concretos de relleno segn la absorcin de las unidades. (NTC/2.5.3). La cantidad de agua que se use en la confeccin del concreto lquido debe ser tal que el asentamiento medido sea mayor o igual a 18 cm. (NCh1928/A.4.6). En la elaboracin de los concretos de relleno se podrn usar aditivos que mejoren la trabajabilidad. No debern de usarse aditivos que aceleren el fraguado. (NTC/2.6). 1.1.3.2 Proporcin del Concreto Lquido

En la Tabla 1-10, se muestran las relaciones volumtricas recomendadas entre los distintos componentes del concreto lquido. (NTC/2.5.3). Los materiales que componen el grout sern batidos mecnicamente con agua potable hasta lograr la consistencia de un lquido uniforme, sin segregacin de los agregados y con un revenimiento medido en el cono de Abrams entre 225 y 275 mm. (NTE E-070/3.3.4). La proporcin del grout fino y grueso se puede observar en la Tabla 1-11.

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1.1.3.3

Resistencia a la Compresin del Concreto Lquido

El valor mnimo de la resistencia a la compresin debe ser de 17.5 MPa, aceptndose una fraccin defectuosa mxima de 4%. (NCh1928/4.5). El concreto lquido. Tendr una resistencia mnima a compresin de 14 MPa. 070/3.3.5). La resistencia a compresin del concreto lquido ser por lo menos de 12.5 MPa. 1.1.4 Acero de Refuerzo (NTE E-

(NTC/2.5.3).

El refuerzo que se emplee en castillos, dalas, elementos colocados en el interior del muro y/o en el exterior del muro, estar constituido por barras corrugadas, por malla de acero, por alambres corrugados laminados en fro, o por armaduras soldadas por resistencia elctrica de alambre de acero para castillos y dalas, que cumplan con las Normas Mexicanas correspondientes. Se admitir el uso de barras lisas, como el alambrn, nicamente en estribos, en mallas de alambre soldado o en conectores. El dimetro mnimo del alambrn para ser usado en estribos es de 5.5 mm. Se podrn utilizar otros tipos de acero siempre y cuando se demuestre a satisfaccin de la Administracin su eficiencia como refuerzo estructural. (NTC/2.7). Las armaduras deben de cumplir con las exigencias vigentes para barras de acero para concreto armado. Slo se permiten barras lisas en estribos, en armaduras horizontales de muros, cuando sus extremos consideren ganchos de 180 en torno a la armadura vertical, y en escalerillas. (NCh1928/A.5). La armadura deber cumplir con lo establecido en las Norma Barras de Acero con Resaltes para Concreto Armado. Slo se permite el uso de barras lisas en estribos y armaduras electrosoldadas usadas como refuerzo horizontal. La armadura electrosoldada debe cumplir con la norma de Malla de Alambre de Acero Soldado para Concreto Armado. (NTE E-070/3.4). 1.1.5 Concreto

El concreto de los elementos de confinamiento tendr una resistencia a la compresin mayor o igual 17.5 MPa y deber cumplir con los requisitos establecidos en la normatividad de concreto armado. (NTE E-070/3.5).

1.21.2.1

La Albailera como MaterialResistencia a la Compresin (fm o fm* o fm))

La resistencia de la albailera se obtiene con base a ensayos de prismas, a partir de la resistencia de las unidades de albailera, o valores indicativos cuando no se tengan ensayos. Slo se mencionarn los dos ltimos casos, si se desea evaluar la resistencia a la compresin de la albailera deben de remitirse a las normas respectivas de cada pas. En Mxico, cuando las unidades de albailera estn conformadas por bloques de concreto, con relacin altura a espesor no menor que 0.5, y con una resistencia a la compresin (f p o fp* o fp) 10 MPa, la resistencia a la compresin podr ser la que se indica en la Tabla 1-12. Para unidades con fabricacin mecanizada, la junta de mortero horizontal debe ser de 10 a 12 mm; y en unidades artesanales, de 15 mm. En unidades de barro o arcilla, con relacin altura a espesor no menor a 0.5, la resistencia a la compresin se puede observar en la Tabla 1-13; los lmites para la junta de mortero son los mismos que para las unidades de concreto. Si no se tienen ensayos experimentales, se podrn usar los valores indicados en la Tabla 1-14. (NTC/2.8.1.2).-8-

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Tabla 1-12: Resistencia de diseo a la compresin para unidades de concreto. Mxico (NTC/2.8.1.2).

Tabla 1-13: Resistencia de diseo a la compresin para unidades de barro o arcilla. Mxico (NTC/2.8.1.2).

Tabla 1-14: Resistencia de diseo a la compresin cuando no se tienen ensayos experimentales. Mxico (NTC/2.8.1.2).

Tabla 1-15: Resistencia caracterstica a la compresin para la albailera. Per (NTE E-070/5.1.9). -9-

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Tabla 1-16: Resistencia de diseo a compresin diagonal. Mxico (NTC/2.8.2.2).

Tabla 1-17: Resistencia de diseo a la resistencia bsica de corte. Chile (NCh2123/5.7.2).

En la Tabla 1-15, se presentan los valores de la resistencia a la compresin usados en Per, cuando no se tienen ensayos en prismas, la tabla ya incluye los coeficientes de correccin por esbeltez. El mortero empleado en las pilas y muretes, para la confeccin de la Tabla 1-15, tiene l...