Se sabe que con el desarrollo de las piedras artificiales, el hombre
desarrolló morteros con mejores propiedades mecánicas,
para mejorar el comportamiento de la mampostería, desarrollando
morteros aglutinantes. Con la invención del acero y su uso en
construcción, el hombre pudo desarrollar métodos para
utilizarlo en estructuras de mampostería.
La mampostería de piedras artificiales es un material de construcción
utilizado con fines estructurales ya que representa la solución
más conveniente para la construcción de vivienda económica
y para edificaciones de baja o mediana altura. A pesar de su empleo
tan difundido en México, los métodos de diseño
de las estructuras de mampostería son burdos y emplean factores
de seguridad elevados. Esto se debe a la gran variabilidad de las propiedades
de los materiales que componen la mampostería: piezas y mortero.
El déficit de vivienda para el 2000 se estimaba en el orden de
8 millones de unidades, de las cuales 4 corresponden al incremento de
población y el resto al deterioro de una parte de las existentes.
Este déficit se incrementa año con año y se intensifica
ante la complejidad de otorgar créditos seguros a los demandantes
de vivienda. La Conapo estima que para el 2010 se requerirá a
escala nacional un total de 30.2 millones de viviendas. Considerando
que hoy se tiene un parque habitacional de aproximadamente 22 millones,
se precisa que durante los próximos 11 años el país
edifique 8.2 millones de viviendas.
Por esto, la edificación de vivienda en nuestro país constituye
una de las necesidades principales y es la actividad más importante
de la industria de la construcción, representa del orden de la
mitad del volumen total de esta industria, y de este volumen el sistema
constructivo más utilizado para la vivienda es la mampostería.
Se estima su uso en un 90%. A pesar de esta realidad, es increíble
darse cuenta de la poca importancia que se le da al estudio de la mampostería
en los diversos sistemas de enseñanza; en la gran mayoría
de universidades no existen cursos dedicados al análisis y diseño
de la mampostería. Esta deficiencia contrasta con las investigaciones
relativas a la mampostería que se han venido realizando en nuestro
país desde 1950. En estos estudios se muestran las ventajas que
ofrece el uso de la mampostería reforzada como son: mayor capacidad
de deformación, un patrón de agrietamiento más
uniforme, disminución de grietas para mismos niveles de desplazamiento
horizontal sobre la altura del muro, capacidad de tomar esfuerzos por
temperatura, disminución de fisuras ante cargas de servicio y
mayor capacidad ante la presencia de asentamientos diferenciales.
La mampostería como elemento estructural
Las estructuras de mampostería en su vida útil pueden
estar sometidas a las siguientes solicitaciones:
1. Carga axial o vertical, debida al peso de la losa, las cargas vivas
y al peso propio de la mampostería.
2. Fuerzas cortantes y momentos flexionantes, debidas a las fuerzas
de inercia durante un sismo.
3. Empujes normales al plano del muro, causados por viento, agua o tierra,
así como las fuerzas de inercia por sismos que actúan
en dirección normal al plano del muro.
Falla ante carga axial
Este falla depende de la interacción de piezas y mortero: las
piezas restringen las deformaciones transversales del mortero induciendo
en éste, esfuerzos de compresión en el plano transversal.
En las piezas se introducen esfuerzos de tensión que disminuyen
su resistencia. Es inusual que se presente este tipo de falla, y puede
ser causada por piezas de mala calidad o porque éstas han perdido
capacidad de carga por intemperismo.
Falla por flexión
Se produce cuando se alcanza el esfuerzo resistente en tensión
(del orden de 1 a 2 kg/cm²). Es grave cuando no existe en la mampostería
acero de refuerzo, ya que éste toma los esfuerzos de tensión.
Se identifica mediante grietas horizontales en los extremos de los muros,
que se van haciendo más grandes en la parte inferior.
Falla por cortante
Hay dos tipos: Falla por cortante, cuando la grieta es diagonal y corre
sólo a través de las juntas de mortero; y la Falla por
tensión diagonal, cuando la grieta es casi recta, rompiendo las
piezas. La mayoría de estas fallas se deben a que no se cuida
el diseño en la estructura.
Comportamiento de la mampostería
Si la mampostería presenta una pérdida de rigidez y resistencia
rápida, la falla se presenta por cortante o por
tensión diagonal; es una falla de tipo frágil. Si la pérdida
de rigidez y resistencia es gradual, la falla se presenta por flexión
y es de tipo dúctil.
Antes del agrietamiento el muro se comporta de manera elástica
lineal; al momento de agrietarse su comportamiento depende sólo
de la cantidad y disposición del acero de refuerzo. Cuando existe
poco refuerzo, el elemento tiene poca capacidad de disipar la energía
y se presenta la falla frágil; pero, al tener refuerzo suficiente,
el muro es capaz de soportar altos niveles de carga con grandes deformaciones.
Sistemas estructurales
Se clasifican en tres grupos:
Mampostería simple, confinada y reforzada interiormente.
Mampostería simple
Construidas con piezas macizas de tipo artesanal que no cuentan con
ningún refuerzo ya sea interior o perimetral.
Los tipos de falla más reportados son:
— Agrietamiento vertical en las esquinas, en unión de muros
perpendiculares.
— Agrietamiento inclinado, por los esfuerzos de tensión
diagonal en las piezas.
— Concentración de grietas en las aberturas.
— Colapso de muros largos.
— Caída del sistema de techumbre.
Mampostería confinada
Es el tipo de sistema constructivo más empleado para vivienda
en México. Está basado en muros de carga hechos con piezas
macizas o huecas, confinados en todo su perímetro por elementos
de concreto reforzado (dalas y castillos), que forman un marco confinante.
Antes del agrietamiento diagonal, el comportamiento de la mampostería
confinada no depende de las características del marco confinante;
después de este agrietamiento, la posible reserva de carga y
ductilidad de la estructura sí dependen de él, especialmente
la resistencia en cortante de las esquinas.
Si la resistencia al cortante es baja, la grieta diagonal se prolonga
muy rápido sin aumento en la carga, mientras que si la esquina
es resistente, se tiene un incremento en la carga hasta la falla por
aplastamiento
local, evitando el tipo de falla frágil. Este marco confinante
proporciona esa capacidad de deformación, una liga efectiva con
los elementos adyacentes, tanto muros como sistemas de piso y entrepiso.
El agrietamiento puede originarse ya sea por hundimientos diferenciales
en el terreno, el uso de materiales de baja calidad o intemperizados,
o la ausencia de confinamiento adecuado; por lo que es importante que
los muros cumplan los requisitos para mampostería confinada de
las Normas Técnicas Complementarias. Los requisitos que la propuesta
de Normas Técnicas Complementarias establece para la Mampostería
Confinada están en las figuras 1, 2, 3 y 4.
Mampostería reforzada interiormente
Estos muros están construidos con piezas huecas reforzados en
su interior con barras de acero de alta resistencia y diámetros
pequeños. Se colocan de forma vertical dentro de las celdas y
en juntas horizontales de mortero. Su uso ha estado limitado por las
dificultades que presenta este tipo de sistema en su construcción,
la falta de control de calidad y el uso tradicional de la mampostería
confinada. Para garantizar la correcta colocación del refuerzo
y el llenado de los huecos, la supervisión durante su construcción
tiene que ser más elaborada y detallada. Los requisitos que la
propuesta de Normas Técnicas Complementarias establece para la
Mampostería Confinada están en las figuras 5 a 8. Acero
de refuerzo en mampostería
Las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y
Construcción de Estructuras de Mampostería son claras
respecto a las condiciones del detallado del refuerzo. “El refuerzo
que se emplee en castillos, dalas, elementos colocados en el interior
del muro y/o en el exterior del muro, estará constituido por
barras corrugadas, por malla de acero, por alambres corrugados laminados
en frío, o por armaduras soldadas por resistencia eléctrica
de alambre de acero para castillos y dalas, que cumplan con las Normas
Mexicanas correspondientes. Se admitirá el uso de barras lisas,
únicamente en estribos y en los alambres de las mallas electrosoldadas
o en conectores.”
Refuerzo horizontal en juntas de mortero
Este refuerzo ayuda a repartir mejor la fuerza cortante evitando su
concentración en los extremos y evita que al presentarse las
grietas en los muros éstas se abran ya que soporta parte de esta
fuerza. Las Normas Técnicas Complementarias mencionan que: “El
refuerzo horizontal colocado en juntas de mortero deberá ser
continuo a lo largo del muro, entre dos castillos si se trata de mampostería
confinada, o entre dos celdas rellenas y reforzadas con barras verticales
en muros reforzados interiormente. Si se requiere, se podrán
anclar dos o más barras o alambres en el mismo castillo o celda
que refuercen muros colineales o transversales. No se admitirá
el traslape de alambres o barras de refuerzo horizontal en ningún
tramo”.
Es importante resaltar que la nueva propuesta de las Normas Técnicas
Complementarias de Mampostería, en el punto 5.4.3.1 (tipos de
acero de refuerzo) no permiten el uso de la malla electrosoldada tipo
“escalerilla” como refuerzo horizontal, ya que estudios
recientes muestran que este tipo de refuerzo horizontal provoca en el
punto del electrosoldado una falla frágil que deriva en un mal
desempeño del muro ante cargas horizontales producidas por sismo.
Refuerzo de muros por cortante
La nueva propuesta para las Normas Técnicas Complementarias,
en el punto 5.4.1 menciona que para mejorar el desempeño estructural
de muros y aumentar de manera considerable su resistencia a fuerzas
cortantes, se recomienda usar la malla electrosoldada en una o ambas
caras. En el punto 5.4.1.1 menciona que la malla electrosoldada deberá
ser anclada a la mampostería y recubierta por una capa de mortero.
Este tipo de refuerzo es aceptado para resistir la totalidad de la carga
lateral cuando la carga vertical sobre el muro sea de tensión.
Esta solución es factible para la reparación de muros.
Aceros de refuerzo de alta resistencia
Existen productos en el mercado que aunque bien no son nuevos, son vanguardistas
y cumplen los requisitos mencionados tanto en los reglamentos como en
las Normas Técnicas Complementarias.
Estos productos elaborados con aceros con límites de fluencia
entre 5,000 y 6,000 kg/cm2, son los llamados de “alta resistencia”,
que tienen la ventaja de que sus características están
controladas en un proceso de fabricación y que sus propiedades
son uniformes y que cumplen con las Normas de Calidad Mexicanas.
Entre estos productos están:
Varilla G-60, “alta resistencia”
Esta varilla debe reemplazar al uso de la malla electrosoldada tipo
“escalerilla” como refuerzo horizontal en muros de mampostería,
para que el comportamiento del muro ante fuerzas cortantes sea mucho
más eficientes, y se evite la falla frágil. El uso de
esta varilla como refuerzo vertical permite que los diámetros
de estas varillas sean menores y por consiguiente el concreto pueda
llenar los huecos de refuerzo, formando castillos interiores más
eficientes que soportan las fuerzas de tensión provocadas por
los momentos de volteo.
Armaduras electrosoldadas
Los reglamentos hablan de dalas y castillos y que con su uso en las
construcciones de mampostería, se puede aumentar la resistencia
del muro ante fuerzas cortantes, ya que su función no es soportar
cargas en condiciones normales, sino mantener los elementos unidos;
una vez agrietada la mampostería, el refuerzo en estos elementos
evita la falla frágil, soportando esfuerzos por flexión
y por cortante. El refuerzo de estos elementos puede ser solucionado
con armaduras electrosoldadas de alta resistencia, llamados “castillos
electrosoldados”.
El dr. Óscar Hernández Basilio —con base en sus
estudios de 1987— recomienda el uso de los estribos de varillas
de diámetros pequeños y alta resistencia en lugar de los
estribos formados por alambrón ya que permiten confinar mejor
al concreto, aun para altos niveles de fuerza cortante, ya que son capaces
de soportar mayores esfuerzos que los elaborados con alambrón.
Malla electrosoldada
La de alta resistencia puede usarse como refuerzo en muros cuando se
necesite aumentar la resistencia a fuerzas cortantes de muros.
Referencias:
Fundación ICA. (2003), Edificaciones de mampostería
para vivienda”, Fundación ICA y Sociedad Mexicana
de Ingeniería Estructural, México, DF, 578 pp.
Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (1999),
Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y
Construcción de Estructuras de Mampostería, México,
DF., 809 pp.
“Propuesta de Actualización de las Normas Técnicas
Complementarias para el Diseño y Construcción de
Estructuras de Mampostería del Reglamento de Construcciones
para el Distrito Federal”, en Memorias del XIII Congreso
Nacional de Ingeniería Estructural, Puebla, Pue. |
Conclusiones
Los conceptos establecidos en las Normas Técnicas Complementarias
son el fruto de las investigaciones que realizan los diferentes institutos,
como el CENAPRED, el Instituto de Ingeniería de la UNAM y las
distintas universidades, entre otros, de ahí su importancia.
Los reglamentos y las Normas Técnicas Complementarias aprueban
y recomiendan el uso de productos electrosoldados fabricados con acero
de alta resistencia como refuerzo de elementos de mampostería,
tanto por sus propiedades físicas, el comportamiento que se logra
en las estructuras de mampostería ante las distintas solicitaciones
como las ventajas propias del uso de materiales prefabricados.
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