albañileria marzo 2005 - ing julio arango ortiz
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Albañileria Estructural
Ing. Julio Arango Ortiz
Marzo 2005
CAPITULO PERUANO DEL AMERICAN CONCRETE INSTITUTE
ACI - PERU
IMPORTANCIA DE LA ALBAÑILERIA
CONSTRUCCION URBANA Entre el 60% y 70% de la construccion
urbana es de albañileria.
CONSTRUCCION RURAL Entre el 90% al 100% de la construccion
rural es en albañileria.
CONSTRUCCION INFORMAL Gran proporción en albañileria.
IMPORTANCIA DE LA ALBAÑILERIA
CONSTRUCCION URBANA Entre el 60% y 70% de la construccion
urbana es de albañileria.
CONSTRUCCION RURAL Entre el 90% al 100% de la construccion
rural es en albañileria.
CONSTRUCCION INFORMAL Gran proporción en albañileria.
IMPORTANCIA DE LA ALBAÑILERIA
Edificio Aporticado de concreto armado(Muros de Albañileria usados como cierres y particiones)
COSTO = 1
Edificio de Muros Portantes(Muros de Albañileria como elementos principales de la estructura)
COSTO = 0.75
IMPORTANCIA DE LA ALBAÑILERIA
Características Básicas de la Albañilería
La albañilería es un material estructural compuesto por por unidades de albañilería asentadas con algún mortero ó unidades de albañilería apiladas, en cuyo caso son integradas con concreto líquido. Material Heterogéneo y Anisotrópico. Elevada resistencia a la comprensión [depende de
la Unidad de Albañilería (U.A)]. Escasa resistencia a la tracción (depende de la
adhesión entre U.A., y el mortero). Variabilidad.
El Muro de Albañilería
La albañilería se ha usado para construir elementos diversos (arcos, columnas, tableros,etc) su expresión fundamental y preponderante es el muro.
Determinadas las cargas y el tipo de acciones al que estará sometido, deberá fijarse su espesor, y cuando corresponda su refuerzo (acero) para que sea seguro ante las diferentes solicitaciones.
Se debe estudiar su comportamiento en el rango inelástico, para definir su ductilidad y su capacidad de disipación de energía.
El Muro de Albañilería
Agrietamiento Es la causa más frecuente de fallas en el
comportamiento de la albañilería, debe evitarse. Se produce por:
Deformaciones que inducen esfuerzos en exceso de la resistencia en tracción.
Imposición de cargas (por ejemplo asentamientos diferenciales)
Cambios volumétricos Sismo o acciones de Viento.
Se ubican de preferencia en las interfases mortero-unidad.
El Muro de Albañilería
Agrietamiento Su clasificación es:
Muy Finas: Aberturas menores a 0.1mm no dañan la albañilería
Finas: Aberturas hasta 0.4 mm No dañan la albañilería, se recomienda corregir.
Inaceptables: Aberturas mayores a 0.4 mm, se debe reparar.
El Muro de Albañilería
REFUERZO:Incorporacion de Armadura La armadura no aumenta la resistencia
de la albañilería a la fisuración, su acción esta orientada a limitar su propagación y a obtener ductilidad.
En el caso de sismos, el agrietamiento solo puede ser controlado con configuraciones correctas.
Aumenta la resistencia última.
El Muro de AlbañileríaREFUERZO:Incorporacion de Armadura Formas de Incorporar la Armadura:
En elementos de concreto armado verticales y horizontales que enmarcan el Muro y que son vaciados posteriormente a la construcción de la albañilería (albañilería Confinada).
Difundida vertical y horizontalmente en alveolos y canales de las unidades de albañilería integradas mediante concreto líquido (albañilería armada).
Vertical y horizontalmente en el espacio entre dos Muros de albañilería (albañilería Armada Laminar).
El Muro de Albañilería
Unidad de Albañilería La unidad de albañilería es el componente
básico para la construcción de la albañilería.
Se denominan : Ladrillos: se manejan con una sola mano. Pesan
hasta 4 kg Bloques: se manipulan con las dos manos.
Pesan hasta 15 kg Se elaboran usando arcilla, silice-cal ó
concreto como materia prima.
Unidad de Albañilería
Tipos de unidades de albañilería: su tipología se realiza basandose en la superficie bruta de la cara de asiento. Unidades Sólidas. Unidades Huecas. Unidades Alveolares. Unidades Tubulares.
Pueden ser fabricadas de manera artesanal ó industrial.
Unidad Alveolar
Unidad de AlbañileríaPropiedades de las Unidades de Albañilería Las propiedades principales deben entenderse en su relación con el producto terminado que es la albañilería. Resistencia a la comprensión. Resistencia a la tracción (a la tracción indirecta ó a la
tracción por flexión). Variabilidad Dimensional. Alabeos Succión o Velocidad de absorción en la cara de asiento.
Unidad de AlbañileríaResistencia a la Compresión Es por si sola la principal propiedad de la unidad de albañilería
se mide en el ensayo de comprensión estandar. Se usan medias unidades secas.
Modulo de ElasticidadEb = 400 f’b para unidades de arcilla
Eb =1000 f’b para unidades de concreto
Eb = 800 f’b para unidades de silice-cal
A
Pf ub '
Unidad de AlbañileríaResistencia a la Tracción La falla ocurre por tracción diagonal. Existen dos
ensayos : Ensayo de Tracción Directa
Ensayo de Tracción por Flexión
b
utb tb
Pf
2
'
22
3'
b
urb
tb
LPf
Unidad de AlbañileríaVariabilidad Dimensional Define la altura de las hiladas ya que se manifiesta,
con mayores variaciones, en la necesisdad de aumentar el espesor de la junta.
Unidad de Albañilería
Alabeo Se manifiesta en
concavidades o convexidades en las caras de asiento.
Se miden con una regla y una cuña graduada.
Unidad de AlbañileríaSucción Es la medida de la avidez de agua de la unidad de albañilería
en la cara de asiento y es la característica fundamental para definir la relación mortero-unidad en la interfase de contacto.
Para el ensayo, se pasa el espécimen(Ps) se coloca sobre los soportes del equipo, durante un minuto, se retira, se le seca con un paño y pesa (Pm).
Luego la succión se obtiene:
donde A es el área de contacto de la unidad con el agua. La succión se expresa en gramos/200cm2/minuto o
simplemente gramos.
A
PPSucción sm 200
Clasificación La Clasificación de las unidades de albañilería se hace con el
propósito de racionalizar su aplicación. Las bases de la clasificación deben ser las propiedades
estructurales y de durabilidad.
Unidad de Albañilería
Mezcla de aglomerantes y agregado fino a los cuales se añadira la máxima cantidad de agua que proporcione una mezcla trabajable, adhesiva y sin segregación del agregado.
Mortero : Adherencia
Concreto : Resistencia a la Compresión
Mortero
ADHESION:
La adhesión del mortero con la U.A. Es de
naturaleza mecánica, y depende de los contenidos
de sales en el cemento,cal y agua en la junta de
mortero, de la succión de la U.A. y de la capacidad
de los poros capilares de albergar los cristales de
ETRINGITA
Mortero
Mortero
INGREDIENTES CEMENTO: Portland Tipo I ó II, Portland Adicionados para
Albañilería. Es el responsable del valor de la adhesión y de la resistencia a la compresión.
CAL HIDRATADA: Es responsable de aumentar sustantivamente la adhesión, esto por que posibilita la máxima extensión del mortero.
ARENA: Puede ser natural o fabricada. Debe satisfacer la granulometría. La arena es el agregado inerte en la mezcla del mortero, reduce la riqueza de los aglomerantes aumentando su rendimiento.
Mortero
INGREDIENTES AGUA: Es el componente que determina la consistencia o fluidez
del mortero. Se puede añadir agua para recuperar la consistencia
(RETEMPLADO). Debe ser bebible.
ADITIVOS: No son necesarios ni deseables para los morteros
usados en albañilería.
CLASIFICACION
Para fines estructurales se clasifican en tipo P empleado en
muros portantes y NP empleado para muros no portantes.
Mortero
El Reglamento indica las siguientes proporciones en volumen:
Mortero
a. Cuando se emplee cemento Portland y cal hidratada:
Tipo Cemento Cal Arena
P1 P2NP
111
0 a 1/40 a 1/2
-
3 a 3 1/24 a 5
Hasta 6
MEZCLADO
El mezclado de los componentes del mortero debe hacerse a maquina, solo los ingredientes secos; el albañil, en su batea, agregará el agua.
RETEMPLADO : Si es posible
Mortero
El concreto líquido se usa en la albañilería armada, con el fin de lograr la integración de la armadura con la albañilería, al llenar con este material los alveolos. Para ello tiene una muy elevada trabajabilidad.
CARACTERISTICAS: Elevada trabajabilidad (Slump 11”) Relación agua/cemento (a/c) entre 0.8 @ 1.2 Se genera gran adhesión entre concreto líquido y U.A.
INGREDIENTES: Los mismos del concreto: Cemento Portland 1, 1P y Cal. Agregado grueso (confitillo). Agregado fino (arena gruesa) Agua.
Concreto Líquido
PROPORCIONES: A continuación se muestran dos proporciones para obtener concreto líquido: grueso y fino.
Concreto Líquido
Tabla: TIPOS DE CONCRETO LIQUIDO (PROPORCIONES EN VOLUMEN)
Es necesario, en función de la altura, dejar registros de inspección y de
limpieza (ver figura) en la parte inferior del muro a llenar.
Tipo de concretoliquido
Cemento Cal Agregado (medidoHúmedo suelto) Arena Confitillo
Fino 1 0 - 1 / 10 2 ¼ a 3 No
Grueso 1 0 - 1 / 10 2 ¼ a 3 1-2
Concreto Líquido
Se emplea para reforzar los elementos de concreto que enmarcan la albañilería confinada y para reforzar la albañilería armada y la albañilería laminar.
Es del mismo tipo que el usado en concreto armado. Se debe procurar usar la mayor cantidad de barras
con el menor diámetro posible. Merece especial importancia detallar la utilización
de refuerzo en la junta del mortero. Debe hacerse con alambres delgados cuyo diámetro no exceda la mitad del espesor nominal de la junta.
Acero
Acero
Construcción de los Muros
Determinación del Espesor de las Hiladas En función de la variabilidad dimensional de la altura de la U.A. En función del espesor mínimo recomendable.
El Espesor Recomendable por Adhesión, para Condiciones Normales de Asentado: 9 a 12 mm
El espesor exacto de la junta se precisará en función de calibrar la altura de las hiladas, para que sean submúltiplos de la altura del muro(escantillones).
No Son Aceptables Juntas de mortero muy gruesas (reducen la resistencia a la
comprensión de la albañilería). Juntas de mortero muy delgadas (reducen la resistencia a la tracción de
la albañilería).
Construcción de los Muros
Determinación del Espesor de las Hiladas
Construcción de los Muros
Determinación del Espesor de las Hiladas
Construcción de los Muros
Tratamiento de la Succión de la U.A.
Succión es la velocidad inicial de absorción en la cara de asiento de la
U.A.
Es indispensable para lograr la adhesión.
Cuando es excesiva hay que controlarla.
El tratamiento de succión implica, estrictamente hablando,
humedecer totalmente la unidad de albañilería y dejar luego que se
sequen las superficies.
Construcción de los Muros
Tratamiento de la Succión de la U.A.
Succión de 20 gramos o menos : No deben ser humedecidas.
Succión mayor de 40 gramos : Indispensable humedecerlas.
Succión entre 20 y 40 gramos : Preferible no humedecerlas.
Las unidades de albañilería de arcilla, casi siempre deben asentarse
algo húmedas.
Las unidades de sílice-cal ó de concreto no deben asentarse húmedas.
Construcción de los Muros
Proceso de Asentado de las Unidades
El arte de asentar unidades consiste en estrechar al máximo el contacto
tanto horizontal como vertical de la unidad con el mortero, y el de
uniformizar dicho contacto en todas las interfases mortero-unidad.
En el caso de ladrillos, estos se colocan con una mano, y con la otra
manipulan el bandilejo, se colocan presionando tanto sobre la junta
horizontal como sobre la junta vertical.
Construcción de los Muros
Proceso de Asentado de las Unidades
En el caso de bloques, las superficies verticales son empastadas con
mortero mientras estan apoyadas en el suelo, luego la unidad se
levanta con las dos manos y se coloca a presión ajustando la junta
vertical y la junta horizontal.
El asentado implica presión vertical y horizontal.
Debe evitarse el “bamboleo” de la unidad o su retiro momentáneo.
Esto destruye la adhesión inicial, que es muy importante.|
Construcción de los MurosTratamiento de Juntas La operación tiene como propósito ajustar y sellar las juntas de
mortero. El tratamiento de las juntas horizontales y verticales deben
efectuarse una vez terminada una parte del asentado del muro y mientras el mortero aún está plástico.
El ancho útil del muro (b) se mide desde el interior de la junta tratada.
Hay tratamientos de juntas que no son recomendables
Construcción de los Muros
Operaciones Relacionadas con el Concreto Líquido Deben tomarse las precauciones necesarias para que la colocación
del concreto líquido se efectúe en una operación sin tropiezos ni
interrupciones y para que el contacto del concreto y las unidades sea
total y permanente.
Se debe mantener los alveolos verticales de la albañilería limpios, sin
rebabas de mortero.
Para lograrlo se debe protejer el alveolo en el proceso de asentado de
las unidades con un “isopo” de espuma plástica que va subiendo
conforme progresa el asentado.
Deben dejarse “ventanas” o huecos de control en la base del muro.
Construcción de los Muros
Ritmo de Construcción
En la ejecución de un muro con unidades asentadas con mortero de
cemento portland se recomienda no construir más de la mitad de la
altura del muro, con un máximo de 1.40m., por jornada de trabajo.
El colocar un número excesivo de hiladas sobre un mortero que aún
no ha adquirido una rigidez adecuada, puede ocasionarle su
deformación, esto de por si es negativo, puede atentar contra el
plomo y/o alieamiento del muro.
Construcción de los Muros
Cuidado de los Muros
Los muros recién construidos tienen una estabilidad precaria y una
resistencia a la tracción muy reducida.
No deben ser sometidos a golpes o vibraciones, y tampoco servir de
apoyo a otros procesos constructivos, por ejemplo los puntales de
encofrado.
No se debe permitir romper o picar los muros, ya que se estaría
rompiendo o debilitando un elemento estructural.
Muros No Portantes
Por muro no portante, se entiende aquel que ha sido diseñado
y construidos en forma tal que sólo lleven cargas provenientes
de su peso propio (parapetos, tabiques y cercos).
Estos muros podrán ser construidos con unidades de
albañilería sólidas, huecas ó tubulares
Los muros no portantes de albañilería no reforzada debe ser
arriostrado a intervalos tales que satisfagan las exigencias del
espesor mínimo.
Muros No Portantes
Los muros no portantes de albañilería armada serán
reforzados de modo tal que la armadura resista el integro de
las tracciones, no admitiéndose tracciones por flexión
mayores a 1.33 kg/cm2 en la albañilería.
Los arriostramientos serán diseñados como apoyo del muro
arriostrado, considerando este como una losa y sujeto a
fuerzas horizontales perpendiculares a él.
Los arriostramientos deben tener la resistencia, estabilidad y
anclaje adecuados para transmitir las fuerzas actuantes a
elementos estructurales adyacentes o a la cimentación.
Muros No Portantes El espesor mínimo de un muro no portante se calculará
mediante la siguiente expresión:
t = U s ma²t = Espesor efectivo mínimo (en metros)U = Coeficiente de uso del Reglamento Sísmico
s = Coeficiente dado en la Tabla N°1
m = Coeficiente dado en la tabla N°2
a = Dimensión crítica (en metros) indicado en la tabla N°2
b = La otra dimensión del muro
Este espesor mínimo se verificará para las fuerzas de viento o sismo, usando los esfuerzos admisibles para tracción por flexion correspondientes a albañilería no reforzada.
Muros No Portantes
3
2 1
Tabiques 0.28 0.20 0.09
Cercos 0.20 0.14 0.06
Parapetos 0.81 0.57 0.24
Tabla N° 1 : Valores de s
Tabla N°2 : Valores de m
Caso 1: Muro con cuatro bordes arriostrados
a = Menor Dimensión
b / a = 1.0 0.0479
1.20.0627
1.40.0755
1.60.0862
1.80.0948
2.00.1017
3.00.1180
000.125
Muros No PortantesTabla N°2 : Valores de m
Caso 2 : Muro con tres bordes arriostrados
a = Longitud del borde libre b /a = 0.5 0.060
0.60.074
0.70.087
0.80.097
0.90.106
1.00.112
1.50.128
2.00.132
000.133
Tabla N°2 : Valores de m
Caso 3 : Muro arriostrado sólo en sus bordes horizontales a = altura del muro
m = 0.125
Caso 4 : Muro en voladizo a = altura del muro
m = 0.5
Diseño de Muros No PortantesDeducción de la Fórmula Mostrada en el Reglamento
El peso por m² de muro:
2/18
.100
1800
mKgtP
cmentt
P
tP
La carga sísmica perpendicular al plano del muro:
Wh = ZUC1P (Normas de Diseño Sismo-Resistente)
Wh = ZUC1 18 t ( Kg / cm² )
Diseño de Muros No Portantes
Deducción de la Fórmula Mostrada en el ReglamentoEl momento actuante se puede definir por :
Ma = m w h a² (Kg x m / m) Ma = m ( ZUC1 18t ) a²
Donde m es un coeficiente de momento y a es la luz de cálculo.
El momento resistente (Unidades de Albañilería Sólida):
)/(6
100 2
mcmKgft
fSM ttr
Usando ft = 1.33 Kg / cm² para morteros con cal e igualando el momento
resistente al momento actuante podemos hallar el espesor:
Ma = Mr
Diseño de Muros No PortantesDeducción de la Fórmula Mostrada en el Reglamento
:33.16
10010018
2
12 dondede
ttZUCma
t = U (81.2 ZC1) ma²
Cambiando de unidades, t y a en metros:
t = U ( 0.812 ZC1 ) ma²
La Norma E-070 de albañilería del Reglamento Nacional, llama s al factor encerrado entre paréntesis (0.812 ZC1), de esta manera se obtiene la
expresión:
t = U s ma²
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°1Determinar distancia máxima entre arriostres en un muro de cerco: Datos:
Espesor t = 14 cmMortero con calAltura del muro h = 2.00 mts.U = 1.0A construirse en Lima, Z = 1.0En este caso, se trata de un muro de cerco con 3 bordes arriostrados
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°1Expresión del Reglamento: T = U s ma²
Para cerco con mortero con cal en zona sísmica 1 de la tabla N°1: s = 0.20
Entonces: 0.14 = ( 1 ) ( 0.20 ) ma² ma² = 0.70
Utilizando la Tabla N°2 tantearemos para varios valores de a y m:
Es decir se requeriría colocar arriostres cada 2.85 mts
b A b / a m M a²
2.0 2.0 1.0 0.112 0.448
2.0 3.3 0.60 0.074 0.8059
2.0 2.85 0.70 0.087 0.7067
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°2Determinar espesor mínimo de un muro, para un espaciamiento dado de arriostres y con viga solera en extremo superior, a constituirse en Arequipa y usando mortero con cal.
Datos:
Mortero con calDimensiones del paño L = 3.50 ; h = 2.00
Considerando U = 1, nuestro problema es hallar el espesor mínimo para las condiciones dadas.
En este caso, se trata de un muro de cerco, con 4 bordes arriostrados.
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°2Expresión del Reglamento:
T = U s ma² Para cerco con mortero con cal en zona sísmica 3 de la tabla N°1
s = 0.20
De la tabla N°2:Caso 1: Muro con cuatro bordes arriostrados
a = la menor dimensión, es decir a = 2.00 m
Entonces:b = 3.50 m
75.100.250.3
/ ab
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°2
Interpolando linealmente (tabla N°2)
m = 0.0927
Entonces:
t = ( 1 ) ( 0.20 ) ( 0.0927 ) ( 2.00 )²
t = 0.074 mts.
El espesor mínimo del muro, para las condiciones dadas, es de 7.4 cm.
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°3Determinar espesor mínimo requerido para un cerco de 2 mts. de alto, sin arriostres, a constituirse en Lima.
Datos:
Mortero con cal
Altura del muro h = 2.00 mts.
U = 1.0
En este caso tenemos un muro en voladizo
Expresión del Reglamento:
t = U s ma²
Para cerco y mortero con cal en zona sísmica 1, de la Tabla N°1
s = 0.20
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°3
De la tabla N° 2: Muro en voladizo (caso 4)
a = 2.00
m = 0.5
t = ( 1 ) ( 0.20 ) ( 0.5 ) ( 2.00 )²
t = 0.40 mts.
El espesor mínimo para un muro de 2 mts. de alto, sin arriostres es de 40cm
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°4Determinar el espesor mínimo de muro para un parapeto de azotea de 1.0 mts. de altura, sin arriostres, a construirse en Arequipa. Datos:
Mortero con calAltura parapeto = 1.0 mts. U = 1.0
De acuerdo al Reglamento :t = U s ma²
De la tabla N°1:s = 0.81
De la tabla N°2: m = 0.5
Luego: t = ( 1.0 ) ( 0.81 ) ( 0.5 ) ( 1.0 )²t = 0.40 mts.
Se requiere un espesor de 40 cm.
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°5Determinar el espesor mínimo ( t ) de un muro de cerco a construirse en la UNSA que tiene los arriostres (t x 25 cm) espaciados 4.50 m., entre ejes, y se usará una viga solera en el extremo superior de (t x 20 cm) y que tiene una altura de 2.70 m. Se usará mortero sin cal. Se determinará el espesor usando lo indicado en el Reglamento Nacional de Albañilería (E-070), y también usando un método racional de diseño, Comparar ambos resultados.
U=1.5 Z=0.4 C1=0.5
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°5t = U s m a²De la tabla N°1: para s = 0.2 x 1.33 = 0.266 (mortero sin cal)De la tabla N°2: para a =2.5 y b =4.25
Interpolando obtenemos:7.15.2
25.4
a
b
25.20905.0266.05.1 t
WS = Z x U x C1 x P P = 1800 x t = 1800 t Kg / m²
WS = 0.4 x 1.5 x 0.5 x 1800 t WS = 540 t Kg / m²
M a = 220 t Kg x mt
cmt 23
25.4
5.2
5.2
25.418
5.225.4540 tM a
t = 0.226m.
Encontramos los momentos actuante y resistente, los igualaremos y obtendremos el espesor “t”
m = 0.0905
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°5
MR = 1666 t² Kg x mt.
220 t Kg x mt = 1666 t² Kg x mt t = 0.132 mt.
t = 13 cm < 23 cm.
22 /000,10/1 mKgcmKgf ct SfMS
Mf ctR
Rct
.6
0.1000,10
2
mtKgt
M R
Ma=MR
Analizando “racionalmente” se pueden obtener espesores mas económicos
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°6Determinar el espesor mínimo (t) que requerirá un parapeto de 1.20 m de alto a construirse en la Universidad Nacional de Iquitos, con albañilería de ladrillo asentado con mortero con cal. Usar el método indicado en el Reglamento de Albañilería, y también un método racional de diseño, usando los valores de esfuerzos máximos permisibles del Reglamento.
t = U s m a²m = 0.5 t = 0.259 t =26 cm.
22.15.024.05.1 t
22max /300,13/33.1 mKgcmKgf ct
6100300,13 2t
MSfM RctR
MR = 2217 t2 (Kgxmt)/m
Diseño de Muros No Portantes
Ejemplo N°6 WS = Z x U x C1 x P P = 1800 t Kg / m²
WS = 0.15 x 1.5 x 2.0 x 1800 t = 810 t Kg / m²
WSf = 810 t x 1 = 583.2 t Kg / m
MR = Ma 2216.7 t² = 583.2 t
t = 0.262 t = 26 cmComo era de esperar se obtuvieron valores iguales
tt
MLw
M aa 2.5832
2.1810
2
22