Mamposteria.docx

Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Villahermosa Instituto Tecnológico de Villahermosa Alumno: Equipo No. 01 No.

Nombre

Coevaluación

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De La Cruz Sánchez Nancy Cristina De La Rosa Cruz Francisco Javier

3

Hernández Montejo Jesús Eduardo

4

Hernández Pérez Juan Carlos

5

Meneses Palma Mario

6

Santiago Cruz Jesús Antonio

7

Ulloa Carrillo Jorge Pablo

1

Catedrático: M.I. Evérica Janeth Félix Solís Trabajo: Propiedades mecánicas de la mampostería Materia: Estructuras de mampostería Unidad: 2 Villahermosa, Tabasco a 27 de Febrero del 2019

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Instituto Tecnológico de Villahermosa

Contenido Introducción……………………………………………………………. 2.1

Mampuestos de origen natural.

2.1.1 Tensión (piezas solas). 2.1.2 Compresión (pieza sola y en conjunto). 2.1.3 Cortante (piezas en conjunto). 2.1.4 Intemperismo. 2.2

Mampuestos de manufactura. 2.2.1 Tensión (piezas solas). 2.2.2 Compresión (piezas solas y en conjunto). 2.2.3 Cortante (piezas en conjunto). 2.2.4 Intemperismo.

2.3

Morteros. 2.3.1 Tensión. 2.3.2 Compresión.

2.4

Acero de refuerzo. 2.4.1 Tensión

Conclusión Referencias

2

2.1 Mampuestos de origen natural.

Instituto Tecnológico de Villahermosa

La mampostería es un material de construcción ampliamente utilizado en México; este material se emplea con fines estructurales, especialmente en muros que deben soportar cargas verticales y horizontales (Articulo de investigación; “Determinación de resistencia a compresión diagonal y el módulo de cortante de la mampostería de bloques huecos de concreto” Mérida, Yucatán (2009); Fernández Baqueiro,). Al hablar de la piedra no se hace referencia a guijarros ni a pequeños trozos de piedras sino a bloques más o menos grandes, los cuales se emplean para construir diversos elementos estructurales como son los cimientos, las paredes y los muros de contención. Desde el punto de vista estructural lo que más interesa de las piedras es su peso y dureza y en ocasiones su color; este último caso cuando se habla de elementos que serán usados como decoración.

2.1.1 Tensión (piezas solas) Se considerará que la resistencia de la mampostería a esfuerzos de tensión perpendiculares a las juntas es nula. Cuando se requiera esta resistencia deberá proporcionarse el acero de refuerzo necesario.

2.1.2 Compresión. (pieza sola y en conjunto) Mampostería de piedras naturales Los resultados experimentales acerca de la resistencia en compresión de este material son escasos. En pruebas efectuadas en especímenes aproximadamente cúbicos de 40 cm de lado, se han obtenido resistencias

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del orden de 200 kg/cm² para la sillería y de 120 kg/cm² para Instituto mampostería Tecnológico de Villahermosa ordinaria. Se observa que estos valores son muy inferiores a la resistencia de la piedra sola (tabla 3.1) y mayores que la resistencia del mortero. El mecanismo de falla no está muy bien definido. La resistencia parece ser muy sensible a la calidad del mortero, al tamaño de las piedras y al espesor de las juntas. La variación de la resistencia en especímenes nominalmente iguales es considerable. Los valores en los cubos son representativos de la resistencia en carga axial de elementos cortos en los que no hay efectos de esbeltez. Se considera que estos últimos son despreciables si la relación altura a espesor del elemento no excede de cinco (Robles y otros, 1984). En la tabla 3.8 se dan valores conservadores de la resistencia a compresión de la mampostería de piedras naturales, clasificada como mampostería de tercera. Estos valores ya incluyen el factor de reducción FR.

Nota: Los esfuerzos de diseño anteriores incluyen un factor de reducción, FR, que por lo tanto no deberá ser considerado nuevamente en las fórmulas de predicción de resistencia. Se establecen además los siguientes requisitos:

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a) Su resistencia mínima a compresión en dirección normal a losTecnológico planos de Villahermosa Instituto de formación sea de 150 kg/cm² b) Su resistencia mínima a compresión en dirección paralela a los planos de formación sea de 100 kg/cm² c) La absorción máxima sea de 4 por ciento d) Su resistencia al intemperismo, medida como la máxima pérdida de peso después de cinco ciclos en solución saturada de sulfato de sodio, sea de 10 por ciento. Las piedras no necesitarán ser labradas, pero se evitará, en lo posible, el empleo de piedras de formas redondeadas y de cantos rodados. Por lo menos, el 70 por ciento del volumen del elemento estará constituido por piedras con un peso mínimo de 30 kg, cada una. En cuanto a los morteros que se empleen para mampostería de piedras naturales, las NTCM piden que sea al menos del tipo III, con al menos una cantidad de cemento como la de la tabla 3.3. Cierto es que, históricamente, se ha usado mampostería con mortero a base de cal (o de lodo como en las estructuras de adobe), pero estas recomendaciones buscan garantizar un nivel mínimo de calidad en las nuevas construcciones. La propiedad mecánica más importante de las piezas componentes de la mampostería es la resistencia a la compresión, la cual se obtiene dividiendo la máxima fuerza que es capaz de resistir una probeta, cuya forma depende del material a probar, entre el área en planta de la muestra para obtener tal resistencia, expresada en unidades de esfuerzo (Kg/𝑐𝑚2 , MPa). Esta propiedad mecánica puede establecerse sometiendo a compresión núcleos de piedra natural extraídos mediante una broca cilíndrica con borde diamantado.

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2.1.3 Cortante (piezas en conjunto). La cortadura (cizalladura o tensión cortante) es el esfuerzo que soporta una pieza cuando sobre ella actúan fuerzas contenidas en la propia superficie de actuación.

2.1.4 Intemperismo. El intemperismo, también denominado meteorización, es un fenómeno geológico denominado exógeno, pues tiene lugar en la superficie de la tierra o en sus proximidades, y que afecta a las rocas en su estructura; forma parte junto con los procesos gravitacionales y la erosión de los llamados procesos externos que son un componente importante del ciclo de las rocas, pues son los responsables de la transformación de la roca sólida en sedimentos, que en una etapa del ciclo van a formar los suelos. El intemperismo logra la fragmentación física de las rocas, también llamada desintegración, que es el intemperismo mecánico, o bien la alteración química denominada así mismo como descomposición, que es el intemperismo químico. La influencia del clima es definitiva para que algún tipo de intemperismo prevalezca, en los climas áridos el intemperismo mecánico actuará mayormente que el químico; por el contrario, en los climas húmedos y calurosos el intemperismo químico será de mayor 6

impacto. Sin embargo, un factor importante es la composición de Tecnológico la roca, de Villahermosa Instituto pues ella influirá de una manera notable en la resistencia que esta oponga a los procesos destructivos del intemperismo. Intemperismo físico o mecánico. Proceso mediante el cual las rocas sólidas se rompen en fragmentos sin alterar su composición química. Se produce por la acción mecánica de varios agentes modificadores del relieve como lo son: •Congelamiento y deshielo. Cuando el agua que penetra en las grietas de las rocas se congela, ésta se expande y por lo tanto aumenta su volumen incrementando la presión sobre las paredes de las rocas. • Erosión fluvial. Es el desgaste, acarreo y sedimentación de las rocas, producido por el curso de las aguas de los ríos y arroyos. Este tipo de erosión es muy importante porque desgasta y rebaja las partes altas del relieve, arrastra los materiales sueltos y rellena las partes bajas, formando en algunas zonas, llanuras aluviales que, por su alto contenido de minerales y nutrientes favorecen a la agricultura. • Erosión marina. Es el desgaste, transporte y la acumulación de materiales que se presenta en zonas costeras por la acción de las olas, corrientes marinas

y

mareas.

En los litorales acantilados, conformados por murallas de roca, el golpe continuo de las olas fractura las rocas y forma oquedades o cuevas que se agrandan constantemente hasta que se derrumban y caen al mar, con lo que se forman plataformas de abrasión.

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2.2 Los

muros

Mampuestos de manufactura. de

mampostería

de

piezas

artificiales

Instituto Tecnológico de Villahermosa

están

formados

básicamente por dos elementos, por un lado, piezas prismáticas que forman los ladrillos o bloques, y por otro el mortero que se utiliza para unir dichas piezas prismáticas. En la producción de piezas artificiales existe una gran diversidad, tanto en la calidad de la materia prima utilizada, en los procesos de manufactura y en las formas geométricas que se comercializan. En los morteros que se utilizan en la pega de piezas también existe una gran variabilidad, dado que frecuentemente se utilizan proporcionamientos en volumen de los ingredientes básicos (cemento hidráulico, cemento de albañilería, cal, arena y agua) diferentes, los que varían de región a región. Además, frecuentemente se utilizan distintos espesores de junta de mortero para pegar a las piezas, que son función del tipo de pieza, de la modalidad de la mampostería que se utiliza, así como del conocimiento y práctica profesional de cada región. Por lo tanto, se dificulta establecer una descripción general del comportamiento mecánico de la mampostería, y en muchas ocasiones hace poco confiable la extrapolación de resultados de un tipo de mampostería a otro. Se llama mampostería al sistema tradicional de construcción que consiste en erigir muros y paramentos, para diversos fines, mediante la colocación manual de los elementos o los materiales que los componen (denominados mampuestos) que pueden ser, por ejemplo: 

ladrillos 8



bloques de cemento prefabricados



piedras, talladas en formas regulares o no

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Cuando el elemento que conforma el muro es un mampuesto, a la fábrica se le denomina Mampostería en seco, en la que se colocan los mampuestos sin mortero que los una, y a lo sumo se acuñan con ripios. Piedra sin labrar o con labra tosca colocada a mano en una construcción Y se entiende por manufactura como un producto industrial, es decir, es la transformación de las materias primas en un producto totalmente terminado

2.2.1 Tensión (piezas solas). En Resistencia de Materiales, tensión es la relación entre la fuerza aplicada y el área sobre el que se aplica. Es deseable que el comportamiento de las distintas modalidades de mampostería

se

estudie

principalmente

a

través

de

ensayes

de

especímenes a escala natural para las solicitaciones más usuales. Es necesario estudiar sus mecanismos de falla ante las solicitaciones básicas y determinar sus propiedades mecánicas elementales; esto puede efectuarse mediante ensayes simples en pequeños conjuntos de piezas y mortero. También se han realizado ensayes en los materiales que conforman la mampostería, piezas y morteros, para obtener valores representativos de sus propiedades y conocer la variabilidad de éstas, así como su influencia en el comportamiento de la mampostería en que se usen. 9

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Comportamiento mecánico de los elementos de mampostería a tensión diagonal. El efecto de sismo es una de las razones por las que se presenta la tensión diagonal en los muros de mampostería; sin embargo, otras fuentes de este efecto son los hundimientos diferenciales y las cargas verticales con distribuciones irregulares. La presencia de tensión diagonal es una de las causas más comunes por las que falla la mampostería, de tal manera que es necesario caracterizar su resistencia ante este efecto. Una metodología bien definida para la obtención de la resistencia a tensión diagonal, consiste en aplicar diagonalmente una carga de compresión a especímenes de forma cuadrada, tal como se muestra en la Figura 2.10. Una carga que se aplique conforme a lo ilustrado, resulta en un estado de esfuerzos de compresión en la dirección de aplicación de la carga, y en esfuerzos de tensión en dirección perpendicular a la primera.

Las fallas que presentan los muros por efectos de fuerzas cortantes se deben por lo regular a grietas inclinadas inducidas por tensión diagonal, y son de dos tipos: 1) la que ocurre en las juntas entre piezas y mortero, y 2) la debida a una grieta que atraviesa de manera indistinta las piezas y el mortero. En la Figura 2.11 se muestran curvas esfuerzo cortante-deformación derivadas de pruebas hechas a muretes (Meli, 1979), en las que se observa que las curvas carecen de tramos de linealidad bien definida, y que los 10

elementos pierden un porcentaje elevado de su rigidez inicial Instituto antesTecnológico de que de Villahermosa alcancen su resistencia máxima.

También, puede observarse de la gráfica anterior que la resistencia a corte de la mampostería depende significativamente del tipo de mortero utilizado. En particular, la rigidez y resistencia de muretes con piezas del mismo tipo dependen de manera importante de las características del mortero utilizado. A partir de los resultados obtenidos en pruebas de tensión diagonal, se ha establecido que la resistencia a cortante de la mampostería es proporcional a la raíz cuadrada de su resistencia a compresión (Ecuación 2.4).

Donde: fm = Resistencia a compresión de la mampostería.

2.2.2 Compresión (piezas solas y en conjunto). Propiedades de la mampostería. 11

La mampostería es un material cuyas propiedades estructurales sonTecnológico difíciles de Villahermosa Instituto de caracterizar debido a la alta dispersión que exhiben sus características mecánicas, y al poco control que se puede ejercer sobre los materiales con que se fabrica, además del proceso de construcción que en general resulta ser un procedimiento artesanal En el diseño estructural de las edificaciones de acero y de concreto, normalmente se especifican valores de resistencia que deben comprobarse a través de pruebas en campo o en laboratorio. Piezas. El componente básico para la construcción de la mampostería es la unidad o pieza, que puede ser de origen natural o artificial. En cuanto a las piezas artificiales, hay una gran variedad en el mercado. Las diferencias que presentan van desde el tipo de materia prima utilizada, hasta el tamaño de las unidades y los procedimientos de fabricación empleados. La tarea de identificar a simple vista los diferentes tipos de piezas de mampostería resulta muy compleja, ya que cada pieza cuenta con características muy particulares con respecto a las demás. Para auxiliar al ingeniero, la NMX-C-404-ONNCCE2005 define cada tipo de pieza según sus propiedades geométricas y el tipo de material con el que están constituidas (Tabla 2.1).

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Piezas macizas: Para fines de diseño (ntc-04), se consideran como piezas macizas a aquellas que tienen en su sección transversal más desfavorable:

75% Ab menor igual An menor igual que 100% Ab Text = 20mm

An = área neta Ab = área bruta Piezas huecas: Para fines de diseño (ntc-04), se consideran piezas huecas a aquellas que tienen en su sección transversal más desfavorable

50% Ab menor igual An menor igual que 75% Ab Text = 15mm

Para piezas huecas con dos hasta cuatro celdas

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Text = 13mm

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Para piezas multiperforadas, con perforaciones de igual dimensión y distribución uniforme:

Text = 7mm

Resistencia a compresión La resistencia a compresión se determina para cada tipo de piezas de acuerdo con el ensaye especificado en la norma NMX-C-036. Para diseño, se emplea un valor de la resistencia, Fp*, medida sobre Ab, que determina como el alcanzado por lo menos por el 98% de las piezas producidas. La resistencia de diseño se determina con base en la información estadística existente sobre el producto o a partir de muestreo de la pieza, ya sea en planta o en obra.

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El método de muestreo consiste en ensayar al menos tres muestras, para de Villahermosa Instituto Tecnológico cada una de diez piezas, de lotes diferentes de la producción. Las treinta piezas así obtenidas de ensayan en laboratorios acreditados por la entidad de acreditación reconocida en los términos de la ley federal sobre metrología normalización. La resistencia de diseño se calcula como:

𝑓𝑝 ∗ =

𝑓𝑝 1 + 2.5𝑐𝑝

Fp = media de la resistencia a compresión de las piezas, referida al área bruta.

𝑐𝑝 = Coeficiente de variación de la resistencia a compresión de las piezas El valor de será como sigue: 𝑐𝑝 = ≥ 0.20; para piezas provenientes de plantas mecanizadas (NMX-C-404ONNCCE) 𝑐𝑝 = ≥ 0.30; para piezas de fabricación mecanizada, pero que no cuenten con un sistema de control de calidad. 𝑐𝑝 = ≥ 0.35; para piezas de producción artesanal Comportamiento

mecánico

de

los

elementos

de

mampostería

a

compresión. Como se ilustra en la Figura 2.8, la resistencia a compresión de la mampostería suele obtenerse de pilas hechas de piezas unidas con mortero. La altura de las pilas es igual a 4 veces su espesor.

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Dado que los materiales que constituyen la mampostería tienen de Villahermosa Instituto Tecnológico características de esfuerzo y deformación distintas, el comportamiento de la mampostería a compresión depende de la interacción entre las piezas y el mortero que las une. Las piezas de mampostería restringen las deformaciones transversales de la pila, de tal manera que dicha interacción resulta en esfuerzos de tensión en el mortero. El modo de falla más común en una pila inicia con la aparición de grietas verticales en sus costados, que eventualmente cruzan todas las piezas y resultan en una falla debida a deformaciones transversales. Según el articulo “Determinación de la resistencia a la compresión diagonal y el módulo de cortante de la mampostería de bloques huecos de concreto” (Mérida, Yucatán (2009); Fernández Baqueiro); se determinó en base a estudios (ensaye de murete) realizados en el Laboratorio de Estructuras y Materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán, que la resistencia a la compresión diagonal de la mampostería oscila entre 1.83 a 3.43 kg/m2, dando como opinión un valor conservador de diseño de 1.80 kg/m2. Cabe destacar que los ensayes se realizaron en base a los materiales y procesos constructivos característicos de esa región. Con los resultados de los ensayes y de la tesis “Determinación de la resistencia a compresión axial de la mampostería de bloques de concreto usada en Yucatán”; González Torrez V. J (2006); se calculo que el valor promedio de los módulos de elasticidad de las pilas de mampostería construidas con bloque de resistencia a la compresión axial entre 50 y 70 kg/cm2 y con mortero 1:2:7; dicho valor es de 39430 kg/cm2.

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2.2.3 Cortante (piezas en conjunto).

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En la mayoría de las ciudades o regiones del país no se siguen normas técnicas propias para el diseño y construcción de estructuras de mampostería, siendo de uso obligatorio las especificadas por las Normas Técnicas Complementarias. Entre los principales inconvenientes que conlleva el no acatar esta normativa, se encuentra el desconocimiento de las propiedades mecánicas de los materiales empleados en cada región, en particular de los morteros y unidades macizas o huecas utilizados en la construcción.

Teniendo

en

cuenta

que

para

comprender

el

comportamiento de cualquier sistema estructural se requiere, como punto de partida, poseer conocimiento de los materiales que lo componen, este estudio pretende aportar conocimiento respecto al comportamiento mecánico de la mampostería (especialmente de la zona de estudio) cuando se ve sometida a esfuerzos de corte. La mampostería se define como un conjunto de piezas unidas entre sí, mediante un material como el mortero de barro o de cemento; las unidades pueden ser naturales (piedras) o artificiales (adobe, tabiques, bloques). Muros estructurales: Son aquellos que además de soportar cargas verticales (muertas y vivas), resisten las fuerzas horizontales causadas por sismo o viento, correspondientes a la edificación. La capacidad de carga de un muro viene determinada por la resistencia de los materiales utilizados, sus proporciones, las condiciones de borde de los elementos estructurales y la capacidad de éste para resistir las fuerzas internas que surgen. La falla de un muro por efecto de fuerzas cortantes ocurre generalmente a través de grietas inclinadas debidas a tensiones diagonales. Estas grietas se forman generalmente a lo largo de las juntas, propiciadas por la debilidad de la unión pieza-mortero; sin embargo, para piezas con baja resistencia y 17

buena adherencia con el mortero, las grietas atraviesan indistintamente Instituto Tecnológico de Villahermosa piezas y mortero. Es importante estudiar el comportamiento de la mampostería ante combinaciones de carga que introducen esfuerzos principales de tensión con distintas inclinaciones con respecto a las juntas. Además, es de interés el estudio de los mecanismos de falla por las juntas y el efecto de la calidad del mortero y de su adherencia con las piezas en la resistencia. En general su comportamiento se caracteriza por un primer tramo aproximadamente lineal hasta que se produce el primer agrietamiento diagonal. Puede verse que el tipo de pieza y el tipo de mortero no influyen significativamente en la deformación a la cual se produce este primer agrietamiento diagonal. El tipo de pieza tiene una pequeña influencia en el esfuerzo cortante para el cual se produce este agrietamiento, y el tipo de mortero en la rigidez de la mampostería después del agrietamiento. En este tipo de curvas, la pendiente representa el módulo de rigidez a cortante G, que es una medida de cuanta deformación a cortante sufre la mampostería bajo un determinado nivel de esfuerzo cortante. La relación del módulo de rigidez a cortante y el módulo de elasticidad, G/E, varía entre 0.1 y 0.3, lo cual es menor de lo que se calcula considerando un comportamiento elástico en un material isotrópico, probablemente las diferencias se deban a las deformaciones de cortante y compresión del mortero, en el cual el efecto del confinamiento es distinto en los muretes en la prueba de compresión diagonal al que ocurre en pilas en la prueba de compresión. También hay que considerar que la aproximación con la que se pueden fijar los valores del módulo de cortante es muy pobre, ya que en el tramo lineal de la curva las deformaciones son muy pequeñas y pueden ser fácilmente afectadas por errores de medición de estas deformaciones. Comportamiento de la mampostería bajo cargas laterales. 18

Si bien el ensaye de compresión diagonal permite obtener índices como son de Villahermosa Instituto Tecnológico el esfuerzo cortante resistente de la mampostería y el módulo de rigidez a cortante, este tipo de prueba no es representativa del comportamiento de un muro bajo cargas laterales, ya que en ella no existen deformaciones ni esfuerzos por flexión, como las que ocurren en muros sometidos a cargas laterales por ejemplo corno las que se producen en edificaciones de mampostería sometidas a solicitaciones sísmicas. La prueba de un muro ante cargas laterales consiste en probar al espécimen en voladizo por lo que se introducen esfuerzos cortantes simultáneamente con esfuerzos de flexión. En el caso de muros de mampostería confinada, su comportamiento ante cargas laterales es muy semejante al que se tiene en el ensaye de compresión diagonal. Sin embargo, debido a la presencia de flexiones que disminuyen los esfuerzos verticales en un extremo del muro y los incrementan en el otro, la fuerza cortante que produce el agrietamiento es menor cuando el ensaye se realiza en voladizo que cuando se c3fectúa en compresión diagonal. Se ha observado que el esfuerzo cortante que produce el agrietamiento diagonal en un muro sujeto a cargas laterales y sin esfuerzos de compresión significativos puede estimarse como: Va= 0.8 VaCD Dónde: Va: es el esfuerzo cortante que produce el primer agrietamiento en un muro sujeto a cargas laterales. VaCD: es el esfuerzo cortante que produce el agrietamiento diagonal en un ensaye de compresión diagonal.

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Para alcanzar la falla debida a un esfuerzo cortante es necesario que no se de Villahermosa Instituto Tecnológico alcance la de flexión en primera instancia; es decir, solo se obtiene aquella cuando existe carga vertical sobre el muro que contrarresta el efecto de la flexión, o en muros de gran longitud, o se tiene suficiente refuerzo vertical. Se identifican dos formas de falla en cortante: en una de ellas la grieta es diagonal que corre solamente a través de las juntas de mortero (escalerilla), a esta se le conoce como falla por cortante; mientras que, si la grieta es casi recta rompiendo las piezas, se dice que la falla es por tensión diagonal. En caso de falla, este último tipo implicaría la sustitución del material por uno más resistente; mientras que, si la falla de la mampostería es por las juntas del mortero, es posible incrementar sustancialmente su resistencia con procedimientos muy simples, referencia 3. Como gran parte de la República Mexicana está situada en una zona de alta sismicidad, ha sido preocupación de investigadores nacionales determinar el efecto de los sismos en estructuras de mampostería. Sabemos que los sismos inducen fuerzas laterales, pero es conveniente recalcar que para el diseño sísmico no sólo interesa la resistencia de la estructura ante carga lateral, sino que también es necesario conocer otras propiedades que solo se pueden determinar mediante ensayes de laboratorio. El comportamiento de muros de mampostería ha sido estudiado en México desde los años 60; el compendio más completo de la investigación realizada, y que se tomó como base para la elaboración de las normas de mampostería, se puede ver en la referencia 4, de donde se puede resumir lo siguiente, Figura 3: antes de agrietarse el muro tiene un comportamiento elástico lineal aún para cargas alternadas; después que se agrieta, su comportamiento dependerá de la cantidad y disposición del acero de refuerzo. Si el refuerzo es poco, los ciclos histeréticos (representación gráfica del comportamiento de un elemento ante cargas alternadas) son delgados, 20

haciendo ver la poca capacidad de disipar energía, Instituto por Tecnológico lo que de Villahermosa comúnmente se pierde resistencia drásticamente. Pero si tiene refuerzo suficiente, los ciclos de histéresis son amplios y el muro es capaz de soportar altos niveles de carga con wandes deformaciones; incluso puede llegar a tener un comportamiento equivalente al elastoplástico. Según el artículo “Determinación de la resistencia a la compresión diagonal y el módulo de cortante de la mampostería de bloques huecos de concreto”; se determinó en base a estudios (ensaye de murete) realizados en el Laboratorio de Estructuras y Materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán, que la resistencia a la compresión diagonal de la mampostería oscila entre 1.83 a 3.43 kg/cm 2, dando como opinión un valor conservador de diseño de 1.80 kg/cm2. Cabe destacar que los ensayes se realizaron en base a los materiales y procesos constructivos característicos de esa región Según el artículo “Determinación de la resistencia a la compresión diagonal y el módulo de cortante de la mampostería de bloques huecos de concreto” (Mérida, Yucatán (2009); Fernández Baqueiro); se determinó en base a estudios (ensaye de murete) realizados en el Laboratorio de Estructuras y Materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán, que se calculó el módulo de cortante a partir de los esfuerzos cortantes al 40% y 20% de la carga máxima aplicada, as curvas de esfuerzos deformación dieron resultados lineales y los valores del módulo de cortante variaron entre 12609 a 18073 kg/cm2, con un valor promedio de 16713 kg/cm2. Cabe destacar que los ensayes se realizaron en base a los materiales y procesos constructivos característicos de esa región.

2.2.4 Intemperismo.

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El uso de la tierra cruda para hacer muros de mampostería esInstituto muy Tecnológico antiguo de Villahermosa y durante mucho tiempo su uso fue él más difundido. Las técnicas más empleadas han sido el sistema de bajareque, el sistema de tapial o de tierra apisonada y el sistema de adobe. En el campo la construcción con adobes tradicionales es y ha sido muy frecuente y bien hecha ha proporcionado buenas casas, dignas y frescas, con confort ambiental. Estas casas son bastante económicas, se construyen en buena medida por el propio usuario y son fáciles de restaurar, también cuentan con rica tradición para su construcción. Por otra parte, presentan varias desventajas: 

Con los cambios de humedad se generan cambios volumétricos lo suficientemente fuertes como para desprender los recubrimientos y producir agrietamientos.



Se degrada relativamente con facilidad ante el intemperismo.



Es propicia a servir de guarida de insectos.



Presenta bajas resistencias, aunque no suelen ser críticas para la capacidad estructural de las construcciones en zonas de baja sismicidad.



Requiere de ciertas técnicas que poco a poco se van perdiendo conforme pasa el tiempo.

Un avance en la construcción de muros de mampostería se dio con la invención del ladrillo, resultado de la cocción de piezas similares a los adobes, que tiene mayores resistencias, poca deformación ante la humedad, junto con menores degradaciones ante el intemperismo y que es poco propicio para guarida de insectos. Tiene la desventaja de que por su espesor normal y características en climas calurosos y fríos no proporcionan el suficiente confort ambiental. El nuevo sistema que se propone reúne en buena medida las ventajas de los ladrillos recocidos de resistencias junto con un confort ambiental similar al 22

del adobe tradicional. Su resistencia a la compresión simpleInstituto y al corte es de Villahermosa Tecnológico mejor que la del adobe tradicional y en algunos casos mejor que la de los ladrillos recocidos. Por otra parte, existen por todo el mundo construcciones hechas de adobes mejorados y también por el sistema de tapiales en los que se han utilizado suelos tratados y compactados, que han dado muros de excelentes propiedades estructurales y de confortabilidad. Estos tipos de muros casas en el sur de los EUA son muy apreciados. Francia y otros países europeos tienen una amplia experiencia al respecto y han construido con éxito bastantes casas por este sistema; también, África, Asia y Latinoamérica han trabajado bastante en ellos. Y obtenido buenos resultados. En conclusión: las técnicas para el tratamiento de suelos que se aplican a muros de mampostería están lo suficientemente desarrolladas y probadas. También, existen bastantes modalidades constructivas de muros con suelos tratados. Esperamos que la nueva que desarrollamos pueda proporcionar casi las mismas cualidades que la de los adobes construidos con cimbras y pensamos que la propuesta al no requerir cimbra para hacer los bloques simplifica bastante el procedimiento de construcción y permite reducir los costos. Cabe aclarar que la idea de utilizar arpillas como elemento contenedor puede haberse utilizado antes, pero no se conocen ni se encontraron antecedentes escritos. Lo único que se sabe es que IMCYC realizo un trabajo de este tipo, pero del cual no quedó ninguna publicación. Sin embargo, el desarrollo completo de la idea tal como se presenta aquí es del autor de este trabajo. En la Normas mexicanas para adobes se recomienda utilizar un coeficiente de seguridad del orden de seis mínimos. Por otra parte, en este tipo de muros para cálculo se utiliza 2 kg/cm2 a la compresión simple, para la resistencia al cortante 0.3 kg/cm2 y cero para la tensión.

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Resistencia al intemperismo: Los muros construidos a la intemperie han de Villahermosa Instituto Tecnológico resistido muy bien y sin ningún desperfecto tres temporadas de lluvias fuertes en la ciudad de México (UAMazcapotzalco) y una en Colima. Dosificación de la mezcla: La cantidad de cemento es la que influye más en el costo por lo que se requiere minimizarla y para esto conviene hacer las pruebas de laboratorio convenientes. En nuestro trabajo se utilizó una mezcla rica en cemento que consistió en: 10 partes de suelo, una parte de cemento y media parte de cal (en volumen). La cantidad de cemento dependerá de la cantidad de finos del suelo, a mayor cantidad de finos mayor contenido de cemento. El autor considera, solo como guía, que la cantidad de cemento en peso conviene varíe entre 5 a 15 % y se procure que no pase del 15 %, por razones económicas. La cantidad de cal también varíe dentro de estos límites. La mampostería de los edificios antiguos está generalmente unida con morteros de cal y arena, lo que les confiere ciertas propiedades particulares. La cal adquiere resistencia por un proceso de carbonatación que se da por el contacto con el aire. Este proceso ocurre lentamente y progresa de las caras exteriores hacia el interior del elemento estructural. Esta situación confiere a los elementos estructurales cierta capacidad de deformarse y adaptarse a cambios de forma, como los debidos a hundimientos de su cimentación. Los morteros de cal y arena alcanzan típicamente resistencias en compresión de entre 5 y 20 kg/cm2. Aunque mucho más durables que los morteros de barro, son también afectados por el intemperismo, debido a que su relativa porosidad permite la penetración de la humedad, con sales que atacan el cementa,

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2.3

Morteros.

Instituto Tecnológico de Villahermosa

El mortero es una mezcla homogénea de un material cementante (cemento), un material de relleno (agregado fino o arena), agua y en algunas ocasiones aditivos, prácticamente es hormigón sin el agregado grueso. Con excepción de morteros extremadamente débiles, las propiedades mecánicas del mortero que más influyen en el comportamiento estructural de un elemento de mampostería, son su deformabilidad y su adherencia con las piezas; de la primera propiedad dependen en gran medida las deformaciones totales del elemento de mampostería y en parte su resistencia a carga vertical; la adherencia entre el mortero y las piezas define en muchos tipos de mampostería (sobre todo en aquellos en que las piezas son muy resistentes) la resistencia por cortante del elemento. Es importante también que el mortero tenga una manejabilidad adecuada para que pueda ser colocado en capas uniformes sobre las que asienten bien las piezas, evitándose concentraciones de esfuerzos y excentricidades accidentales.

2.3.1 Tensión. La resistencia a la tensión depende de las resistencias a tensión propias de la pasta de cemento y los agregados, y de la adherencia que se genera entre ambos, la influencia relativa de estos factores puede variar en función de los procedimientos que se utilizan para determinar la resistencia del concreto a tensión, que son básicamente tres y se presentan en esquemáticamente. a) Prueba a tensión directa: por medio del ensayo de especímenes cilíndricos o prismáticos, sometidos a una fuerza de tensión axial

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b) Prueba de tensión indirecta: mediante el ensayo de Instituto especímenes Tecnológico de Villahermosa cilíndricos sujetos a una carga de compresión diametral. c) Prueba de tensión por flexión en especímenes prismáticos (vigas): los cuales pueden ser ensayados opcionalmente con una carga en el centro del claro, o con dos cargas concentradas iguales aplicadas en los dos tercios del claro. La determinación de la resistencia a tensión del concreto puede conducir a resultados diferentes, según el procedimiento que se utilice para medirla: en condiciones comparables, la prueba de tensión directa produce el valor de resistencia más bajo y la prueba por flexión el más alto, quedando en una posición intermedia la resistencia a tensión determinada por compresión diametral. No ocurre así cuando se trata de evaluar la resistencia a compresión, para cuya determinación sola se dispone de un procedimiento normalizado, de aceptación general. Resultados típicos de pruebas a tensión para varias relaciones agua-cemento. En el ensayo del concreto a tensión por flexión se produce un estado combinado de esfuerzos en la que la resistencia no solo se concentra a la pasta y a la adherencia pasta-agregados, sino que también ahora los agregados mínimos pasan a desempeñar un papel importante, por esta razón es recomendable el uso de agregados triturados de una roca de buena calidad, ya que no solo garantizan una mejor adherencia con la pasta, sino que además proporcionan una resistencia intrínseca uniforme ante este tipo de solicitaciones. Para el caso de una carga puntual aplicada en el centro de la luz sobre una viga prismática de sección rectangular, la resistencia máxima a la tensión por flexión, en kg/cm2. La resistencia a la tensión por flexión suele arrojar mayores valores que se obtienen por los métodos de tensión directa e indirecta. Las razones 26

principales se deben a que en la prueba indirecta ocurre una distribución Instituto Tecnológico de Villahermosa no uniforme de esfuerzos en la sección de falla que restringe la propagación de las grietas y a que en dicha prueba se manejan una serie de simplificaciones teóricas a la hora de calcular el esfuerzo máximo.

2.3.2 Compresión. La resistencia mecánica del concreto frecuentemente se identifica con su resistencia a compresión, debido a que por un lado es la propiedad mecánica más sencilla y practica de determinar y por otro, esta representa la condición de carga en la que el concreto exhibe mayor capacidad para soportar esfuerzos, de modo que la mayoría de las veces los elementos estructurales se diseñan con el fin de obtener el mayor provecho a esta propiedad. La resistencia a compresión del mortero no tiene, dentro de un intervalo bastante amplio, una influencia preponderante en el comportamiento estructural de la mampostería; sin embargo, el control de calidad del mortero se basa en la determinación de esta propiedad a través del ensaye de cubos de 5 cm de lado. La razón de esta elección estriba en la facilidad de la prueba y en el hecho de que muchas otras propiedades (como por ejemplo su adherencia, su módulo de elasticidad y su resistencia a la tensión) pueden relacionarse en forma indirecta con la resistencia a compresión. La resistencia potencial a la compresión suele estimarse con muestras de concreto tanto en estado fresco como en estado endurecido. Los parámetros de realización de las pruebas se encuentran determinados en las correspondientes normas con el ánimo de reducir al mínimo las variaciones por efecto de forma, tamaño, preparación, curado, velocidad de carga, etc. propias de cada muestra. 27

La falla bajo la acción de una compresión uniaxial resulta deInstituto una falla por de Villahermosa Tecnológico tensión de los cristales de cemento o por adherencia en una dirección perpendicular a la carga aplicada; o a un colapso causado por el desarrollo de planos de cortante inclinados. Es posible que la deformación unitaria última sea el criterio de falla, pero el nivel de deformación varia con la resistencia del concreto, a medida que es mayor la resistencia, la deformación unitaria última es menor. Resistencia a compresión nominal

Máxima deformación a la falla

(kg/cm2)

(x103)

70

4.5

140

4

350

3

700

2

Los especímenes que se obtienen mediante muestreo del concreto recién elaborado representan las cualidades potenciales del concreto como se produce, y por ello deben ser fabricados y curados en condiciones invariables para que sus resultados puedan ser cotejados con los requisitos de resistencia especificados en la obra. La norma ASTM C-192 específica que el llenado del molde debe hacerse en capas de igual espesor, compactadas con varilla o por vibración según revenimiento, el curado durante las primeras 24 horas deben hacerse en los moldes protegidos de la evaporación a 23 oC, a continuación, se debe hacer inmersión de los especímenes de agua saturada de cal y dejarlos en estas condiciones hasta el día del ensayo. En la preparación de los especímenes es de particular importancia el acondicionamiento de las superficies de las cabezas, a través de las cuales

28

se transmiten las cargas de compresión, a fin de eliminar defectos que de Villahermosa Instituto Tecnológico puedan producir concentraciones de esfuerzos en el espécimen y hacerlo fallar de manera irregular. En este aspecto hay dos factores cuya influencia es decisiva y que por ello se reglamentan con precisión: la planicidad de las superficies y su perpendicularidad con el eje del cilindro. El método ASTM C-39 establece que, para considerar las aceptables, estas superficies no deben manifestar desviaciones mayores de 0.05mm en una distancia de 152mm (diámetro del cilindro estándar) al ser confrontada con una regla perfectamente recta en cualquier dirección; y su perpendicularidad con el eje del cilindro no debe diferir más de 0.5* con respecto al ángulo de 90o, lo cual significa una desviación máxima permisible de 3.2 mm en una distancia de 305mm que es la altura del cilindro estándar. El proceso de aplicación de carga debe efectuarse bajo condiciones reglamentadas para evitar la influencia de los factores cuya variación puede afectar los resultados. Entre dichos factores se destacan las características de la máquina de ensaye, las condiciones de humedad del espécimen y la velocidad con que se incrementa la carga; todos los cuales se hallan convenientemente especificados en el método de prueba ASTM C-39 dado la importancia de tales efectos.

2.4

Acero de refuerzo.

Para entender el comportamiento de las estructuras de acero es absolutamente indispensable que el proyectista conozca las propiedades del acero. Propiedades mecánicas de los aceros: son determinadas por varios factores, las más importantes son: 

Su composición química 29



Tratamiento térmico y



Proceso de fabricación

Instituto Tecnológico de Villahermosa

Por ejemplo: el acero puede aumentar su resistencia considerablemente si es rolado en frio, es decir, que sea dimensionado a temperatura ambiente. La prueba para obtener la mayoría de las propiedades mecánicas de los aceros ha sido realizada en muestras sometidas a tensión, por su facilidad de ejecución y se supone que para todos los fines prácticos el comportamiento a compresión es similar al comportamiento a tensión. Los resultados de esta prueba se grafican, obteniendo la curva esfuerzodeformación. Un diagrama típico de esfuerzo-deformación de un acero estructural al carbono, se caracteriza por la existencia de tres zonas bien definidas. La primera llamada zona de rango elástico, la segunda zona de rango plástico y la tercera designada por zona de endurecimiento por deformación. 

Zona de rango elástico: Esta zona se caracteriza porque el acero obedece a la ley de Hooke, es decir, los esfuerzos son proporcionales a la deformación.



Zona

de

rango

plástico:

Cuando

los

esfuerzos

ya

no

son

proporcionales a las deformaciones, el material empieza a fluir y presenta una gran deformación sin que haya un aumento correspondiente de esfuerzo. Las deformaciones que ocurren en esta zona son llamadas deformaciones plásticas y la máxima de todas ellas es de 10 a 15 veces mayor que la deformación elástica total. 

Zona de endurecimiento por deformación: En esta se vuelve a presentar un esfuerzo acompañado por una deformación, pero la deformación ya no es lineal. En esta fase los esfuerzos llegan al máximo (Fu) y después descenderán, antes de la ruptura se presenta

30

una aguda reducción en la sección transversal de la muestra, Institutollamada Tecnológico de Villahermosa “estrangulamiento” o “cuello”, seguida del colapso. Principales propiedades mecánicas de los aceros: 

Límite de proporcionalidad: Es el nivel de esfuerzo máximo para el cual existe proporcionalidad entre los esfuerzos y las deformaciones, es decir, es el mayor esfuerzo para el que todavía es válida la ley de Hooke o punto más alto de la porción recta del diagrama esfuerzodeformación.



Módulo de elasticidad (E): Es la pendiente de la porción lineal entre el esfuerzo y la deformación, es decir, es la relación esfuerzodeformación en la región elástica de la curva. Aunque el E es casi independiente del tipo de acero, se puede tomar como valor practico E=2 100 000 kg/cm para la mayoría de ellos.



Punto de fluencia: Se considera al esfuerzo donde el material presenta un incremento en su deformación, sin que haya incrementado en el esfuerzo. Se le conoce también como esfuerzo de fluencia (Fy) y es para el proyectista la propiedad más importante del acero, ya que muchos métodos de diseño se basan en este valor.



Módulo de poisson (µ): A la relación entre deformación unitaria transversal y la deformación unitaria longitudinal bajo una carga axial, se le denomina módulo de poisson, variando su valor entre 0.25 y 0.33; se puede tomar como valor aproximado 0.30 para cualquier tipo de acero.



Módulo de elasticidad al esfuerzo cortante (G): Es la relación del esfuerzo cortante a la deformación unitaria por cortante dentro del rango elástico; y se obtiene por la siguiente expresión: G=E/2(1+µ). En donde G es en función de módulo de elasticidad y de la relación de poisson. Esta expresión puede ser demostrada por medio de la teoría 31

de

la

elasticidad.

Para

aceros

estructurales

el

valor Tecnológico G es de Villahermosa Instituto

aproximadamente de 845 000 kg/cm². 

Resistencia a la tensión: Se define como el cociente de la carga axial máxima dividida entre el área de la sección transversal original.



Resistencia a la fatiga: Si un acero es sometido a cargas repetidas tales como vibraciones, su resistencia se reduce notablemente llegando a fallar a esfuerzos tan bajos como 0.40 Fy. Esta resistencia es llamada resistencia a la fatiga y está en función del número de ciclos y la duración de aplicación de la carga repetida. Se denomina también como límite de aguante.



Resistencia al impacto: Es una medida de la capacidad del material de absorber energía bajo aplicaciones rápidas de carga.

2.4.1 Tensión El acero para reforzar concreto se utiliza en distintas formas. La más común es la barra o varilla que se fabrica tanto de acero laminado en caliente como de acero trabajado en frío. Todas las barras, con excepción del alambrón de l/4 de pulg, que generalmente es liso, tienen corrugaciones en la superficie, para mejorar su adherencia al concreto. La tabla 2.1 proporciona datos sobre las características principales de barras de refuerzo, así como la nomenclatura para identificarlas.

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Una propiedad importante que debe tenerse en cuenta en refuerzos con detalles soldados es la soldabilidad. La soldadura de aceros trabajados en frío debe hacerse con cuidado. Otra propiedad importante es la facilidad de doblado, que es una medida indirecta de ductilidad y un índice de su trabajabilidad. Se ha empezado a generalizar el uso de mallas como refuerzo de losas, muros y algunos elementos prefabricados. Estas mallas están formadas por alambres lisos unidos por puntos de soldadura en las intersecciones. El acero es del tipo trabajado en frío, con esfuerzos de fluencia del orden de 5000 kg/cm2. El espaciamiento de los alambres varía de 5 a 40 cm, y los diámetros de 2 a 7 mm, aproximadamente. En algunos países, en lugar de alambres lisos se usan alambres con algún tipo de irregularidad superficial, para mejorar la adherencia. La resistencia útil tanto a tensión como a compresión de los aceros comunes, es decir, la resistencia a la fluencia, es aproximadamente quince veces la resistencia a la compresión del concreto estructural común y más de 100 33

veces su resistencia a la tensión. Por otro lado, el acero es un material mucho de Villahermosa Instituto Tecnológico más costoso que el concreto. De esto resulta que los dos materiales se emplean mejor en combinación si el concreto se utiliza para resistir los esfuerzos de compresión y el acero los esfuerzos de tensión. De esta manera, en vigas de concreto reforzado, el concreto resiste la fuerza de compresión, barras de acero de refuerzo longitudinal colocadas cerca a la cara de tensión resisten las fuerzas de tensión y barras de acero adicionales resisten los esfuerzos de tensión inclinados causados por las fuerzas cortantes en las vigas. A pesar de esto, el refuerzo también se utiliza para resistir fuerzas de compresión, especialmente cuando se desea reducir la sección transversal de elementos a compresión, como es el caso de las columnas de los primeros pisos de edificios altos. Aún si esta necesidad no existiera, una mínima cantidad de refuerzo se coloca en todos los elementos a compresión para asegurarlos contra el efecto de pequeños momentos flectores accidentales que pueden agrietar y aún producir la falla de un elemento no reforzado. La varilla debe cumplir con los requisitos especificados en la tabla 4. Además de los requisitos de tensiones especificadas, la relación entre la resistencia a la tensión (Esfuerzo máximo) y el esfuerzo de fluencia determinados no debe ser menor de 1.25 La prueba de tensión se lleva a cabo mediante el ensaye de una probeta de 25 cm de longitud sometida a una carga de tensión hasta la ruptura de la varilla (el diámetro puede ser cualquiera de los conocidos). De esta prueba se obtienen lo gráfica esfuerzo-deformación, en donde es posible encontrar los elementos que se necesitan conocer de este material.

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En relación con su límite de fluencia, éste suele definirse trazando una de Villahermosa Instituto Tecnológico paralela a la parte recta de la curva esfuerzo-deformación desde un valor de deformación unitaria de 0.002, como se observa en la figura 2.11 Las propiedades más importantes que se deben conocer del acero de refuerzo son: 1. Módulo de Young o módulo de elasticidad E. (Pendiente de la recta del gráfico). 2. Esfuerzo de fluencia 3. Tamaño o diámetro de la varilla.

Recuperado de: NMX-B-506-CANACERO-2011

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Instituto Tecnológico de Villahermosa

Conclusión. La mampostería es uno de los métodos de construcción más utilizados por el hombre, principalmente por la fácil adquisición de los materiales utilizados para ello. Durante los años el hombre ha realizado cambios en sus estructuras en mampostería, desde el cambio de materiales por otros de mayor resistencia, hasta en la elaboración de ellos realizando estructuras reforzadas para disminuir el impacto de sismos. En este trabajo se investigó las Propiedades mecánicas de la mampostería, el saber construir un trabajo de mampostería es esencial ya que dé el parten muchos tipos de construcciones como casas, muros de carga, o hasta edificios teniendo sus cimientos en mampostería.

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