Rehabilitacion de Estructuras de Mamposteria Leonardo Flores

Rehabilitaci ón de estructuras Rehabilitación de mamposter ía mampostería Leonardo Leonardo Flores Flores

Puebla, Puebla, Pue., Pue., noviembre noviembre de de 2009 2009 1

DAÑOS POR SISMO (Colima y Villa de Álvarez, Col.)

2

Daño en mampostería simple, Villa de Álvarez, Col.

3

Daño en mampostería simple, Villa de Álvarez, Col.

4

5

Daño en edificio de vivienda, Mampostería sin adecuado confinamiento, Colima, Col.

6

7

Daño en mampostería sin refuerzo alrededor de aberturas, Villa de Álvarez, Col.

8

Objetivos de la rehabilitación

9

• • •

Aumentar resistencia Incrementar rigidez Mejorar capacidad de deformación inelástica

• • •

Debilitar localmente Cambiar configuración estructural Reducir masa

Evaluación global de la estructura • Reparación local vs. Proyecto global • Configuración estructural • • • •

• • • 10

Simetría Regularidad en planta y en elevación Escasez de muros (redundancia) Choque con otras estructuras

Tipo de cimentación Tipo de material para la mampostería Modalidad de refuerzo

Técnicas de rehabilitación 9A carga vertical: • Inserción de castillos • Marcos de concreto ref. o de acero • Muros de concreto • Otros 9A flexión: • Castillos, malla, placas de acero, cables 11

Técnicas de rehabilitación 9A carga lateral: • Reparación de grietas (resina, mortero, …) • Grapas o bandas de malla en las grietas • Alambres horizontales sujetos en los extremos • Encamisado con mortero (solo, fibras) • Malla y recubrimiento de mortero • Fibras sintéticas y resinas 12

Agrietamientos • •

“Grieta”, “fisura”, “cuarteadura”, … Se generan cuando los esfuerzos en el elemento exceden la resistencia del material (pieza, junta). • Por lo tanto, acusan la distribución de esfuerzos en el momento del daño • Es posible identificar el fenómeno que provocó dicho agrietamiento 13

Agrietamientos y modos de falla Distorsión angular: Fuerza horizontal o asentamiento diferencial

Tensión Tensión diagonal diagonal

Cortante Cortante Relación Relación resistencia resistencia de de piezas piezas –– adherencia adherencia en en la la junta junta

14

Agrietamientos y modos de falla Cortante (junta débil)

Cortante Cortante (adherencia) (adherencia) 15

Deslizamiento Deslizamiento

Agrietamientos y modos de falla Contracciones o carga vertical

(fraguado, (fraguado, temperatura) temperatura)

Carga Carga vertical vertical 16

Contracciones Contracciones

Agrietamientos y modos de falla Flexión Tensión

Compresión

Flexión Flexión Volteo Volteo

17

(fluencia, (fluencia, fractura) fractura)

(aplastamiento) (aplastamiento)

Agrietamientos Flexión y cortante

Flexión (como viga) por deformaciones en la base

Tensión diagonal en muros con aberturas

18

Puntal de compresión V V ≈ 45°

19

20

21

22

23

24

25

26

CENAPRED

Normas Técnicas Mampostería RCDF Capítulo 11 Evaluación y Rehabilitación • • •

27

Necesidad de evaluación Proceso de evaluación Investigación y documentación de la edificación y de las acciones que la dañaron • Clasificación del daño en los elementos de la edificación

Normas Técnicas Mampostería RCDF • Evaluación del impacto de elementos dañados en el comportamiento de la edificación • Determinación de la necesidad de rehabilitación

28

NTCM, RCDF: Sección 11.3 Rehabilitación • Apuntalamiento y rehabilitación temporales y demolición • Conexión entre elementos existentes y materiales o elementos nuevos • Reparación de elementos • Refuerzo • Construcción, supervisión y control de calidad 29

Evaluación global de la estructura • Reparación local vs. Proyecto global • Configuración estructural • • • •

• • • 30

Simetría Regularidad en planta y en elevación Escasez de muros (redundancia) Choque con otras estructuras

Tipo de cimentación Tipo de material para la mampostería Modalidad de refuerzo

Evaluación • • • •

Configuración estructural Fecha de construcción Reglamento vigente en la construcción Daño en eventos anteriores, técnica de rehabilitación previa • Planos arquitectónicos, estructurales, memoria de cálculo 31

Evaluación • Croquis de la estructura con ubicación y dibujo de los agrietamientos • Tamaño de grieta • Verificar coincidencia de las grietas a ambos lados del muro

32

Métodos de análisis 9 Muros regulares: columnas anchas. 9 Distribución compleja: elementos finitos, puntales y tensores, etc... 9 Muros diafragma: paneles unidos en las esquinas con el marco.

33

Prototipo

Columna ancha

Elemento finito

Modelado de muros como columna ancha, NTC-M del RCDF vigas vigas con con extremos extremos rígidos rígidos dentro dentro del del ancho ancho del del muro muro

dirección dirección del del análisis análisis

dirección dirección del del análisis análisis

6t ≤≤ 6t columnas columnas ubicadas ubicadas en en el el centro centro del del muro muro yy con con las las propiedades propiedades del del mismo mismo

Modelo de columna ancha 34

t

PLANTA PLANTA

t ≤≤ 66 tt ≤≤ 66 tt

Ancho del patín a compresión

Métodos de análisis Análisis 3D: 9 Columna ancha 9 Ligas rígidas entre columnas anchas; desplazamientos ligados en nudos de unión

Mismo desplazamiento vertical Zona rígida 35

Planta baja flexible/débil

Elevación 36

Técnicas de rehabilitación 9A carga vertical: • Inserción de castillos • Marcos de concreto ref. o de acero • Muros de concreto • Otros 9A flexión: • Castillos, malla, placas de acero, cables 37

Técnicas de rehabilitación 9A carga lateral: • Reparación de grietas (resina, mortero, …) • Grapas o bandas de malla en las grietas • Alambres horizontales sujetos en los extremos • Encamisado con mortero (solo, fibras) • Malla y recubrimiento de mortero • Fibras sintéticas y resinas 38

Técnicas de rehabilitación • Placas metálicas • Contraventeo con cables • Diagonales de concreto reforzado • Cables de postensado • Otros

39

Técnicas de rehabilitación 9A carga lateral: • Reparación de grietas (resina, mortero, …) • Grapas o bandas de malla en las grietas • Alambres horizontales sujetos en los extremos • Encamisado con mortero (solo, fibras) • Malla y recubrimiento de mortero • Fibras sintéticas y resinas 40

Técnicas de rehabilitación según la condición de daño V V

D Dagr agr

0,1 0,1

55

D DMM

D D80 80

10 10

30 30

D D

Anchura de grieta, mm

Resina Resina Epóxica Epóxica Mortero Mortero Epóxico Epóxico Mortero Mortero de de Cemento Cemento Encamisado Encamisado Inserción Inserción de de barras barras Reemplazo Reemplazo 41

Inyección Inyección

Refuerzo con fibras de carbono

42

43

Refuerzo con malla y mortero, NTC-M, RCDF 2004 Mortero Mortero tipo tipo I,I,

separación separación máxima máxima de de 450 450 mm mm (y (y anclar anclar aa castillos castillos yy dalas) dalas)

ffjj** ≥≥ 12.5 12.5 MPa MPa 15 mm mm (5.4.4.1) (5.4.4.1) ≥≥ 15

450 mm mm ≤≤ 450

veces ≥≥ 22 veces separación separación de de alambres alambres verticales verticales

mortero

sshh

Detalle Detalle 11

Alambres horizontales de la malla: VsR sR = FR R η phh fyh yh AT T 44

rodear bordes

mortero

INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL PARA REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA

45

Modelos construidos en el Laboratorio de Estructuras Grandes del CENAPRED

46

Refuerzo con malla de alambre soldado y recubrimiento de mortero

47

Resultados

Cara Sur

50

CORTANTE [t]

40 30 MRA-2R

20

MRA-2 10

MRA-1R MRA-1

0 0 48

0.1

0.2

0.3

0.4

DISTORSIÓN [%]

0.5

0.6

Geometría de los modelos

250

250

Dimensiones en cm

49

Sin refuerzo en ventana MV-1

100

300 85

100

300 85

100

Con refuerzo según las NTCM MV-2

50

Construcción de los modelos MV-1

51

MV-2

Marco de carga e instrumentación

52

Espécimen MV-1

53

Espécimen MV-2

54

Detalles, patrón de agrietamiento, espécimen MV-1

55

Detalle, patrón de agrietamiento, espécimen MV-2

56

Curvas de histéresis Fuerza cortante, t

12 9

MV-2

MV-1

6 3 0 -3 -6 -9 -0.012

-0.006

0

0.006

0.012

-0.006

Distorsión, mm/mm

57

0

0.006

0.012

Procedimiento Apuntalar la zona del castillo a reparar; Demoler el extremo del castillo y reconstruirlo; Reemplazar las zonas con piezas m ás más da ñadas; dañadas; Relleno de grietas mayores de 3 mm en mamposter ía; mampostería; Malla de alambre 6x6 -10/10, conexi ón con 6x6-10/10, conexión clavos para concreto de 50 mm @ 45 cm; Aplanado de mortero (2.5 cm) 58

Apuntalamiento Seleccionar castillos que deban ser reparados

59

Demolición de parte de los castillos y reconstrucción

60

Reemplazo de piezas en zonas muy dañadas

61

Relleno de grietas Grietas mayores a 3 mm en mampostería Uso de mortero cemento:arena 1:3

62

Colocación de la malla

Dar la vuelta a la malla

Malla 6x6-10/10 ambos lados Clavos @ 45 cm

63

Colocación de malla • • • •

Limpieza de la pintura Malla 6x6-10/10 Pegada al muro Clavos de concreto de 50 mm @ 45 cm • Rodear los bordes • Traslape de 2 alambres (30 cm)

64

Colocación del mortero • Mortero cemento:cal:arena 1:¼:3.75 , • fj = 100 kg/cm² • Espesor 2.5 cm

65

MV-1R, Final,

66

Dist. = 0.008

Fractura de los alambres

67

MV-2R, Final,

68

Dist. = 0.01

Curvas de histéresis 30 30

Cortante, t

20 20

MV-2R

MV-1R

10 10 00 -10 -10 -20 -20 -30 -30 -0.012 -0.012

-0.006 -0.006

00

0.006 0.006

0.012 0.012

-0.006 -0.006

Distorsión, mm/mm

69

00

0.006 0.006

0.012 0.012

Envolventes de respuesta 35 MV-1R MV-1R

Fuerza Cortante, t

30 25

Teórico con mortero

20

MV-2R MV-2R

15 V Vu,u, RDF RDF

10 MV-1 MV-1

5 0 70

MV-2 MV-2

0

0.002 0.002

0.004 0.004

0.006 0.006

0.008 0.008

Distorsión, mm/mm

0.01 0.01

0.012 0.012

Daño en mampostería “mal confinada”, Sismo de Oaxaca, 1999

Oaxaca, Oaxaca, 1999 1999

71

10

50

96

250

135

50

300 188

20

Geometría, modelo MV-3

72

Dimensiones

Dimensiones en cm

REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA CON MALLA Y MORTERO

73

Etapas de la rehabilitación

74

Modelo 3DR

Rehabilitación y patrón de agrietamiento

75

Envolventes 3D y 3DR

(CENAPRED)

Cortante basal, kN

800 800

600 600

400 400

3D 200 200

00

76

3D-R

00

0.005 0.005

0.01 0.01

Distorsión Nivel 1, mm/mm

0.015 0.015

Resistencia a fuerza cortante

Fuerza cortante que toma la mampostería VmR = FR (0.5 vm* AT + 0.3 P) ≤ 1.5 FR vm* AT Fuerza cortante que toma el refuerzo horizontal VsR = FR η ph fyh AT 77

Factor de eficiencia η 0.3 MPa VmR mR

≤ phh fyh yh

FRR ATT

0.3 fmm* ≤ 1.2 MPa , piezas macizas 0.9 MPa , piezas huecas

η 0.6

0.2

0.6 78

0.9

MPa phh fyh yh

Factor de eficiencia del refuerzo horizontal

Eficiencia, η η% % Eficiencia,

100 100 80 80 60 60

N2 N2 N3 N3 3D-R 3D-R

M-072 M-072

M3 M3 N4 N4

M-211 M-211

M-147 M-147

40 40 20 20 00 00

79

WBW-B WBW-B

Confinada, Confinada, maciza, maciza, refuerzo refuerzo horizontal horizontal Confinada, Confinada, maciza, maciza, malla malla yy mortero mortero Confinada, Confinada, extruida, extruida, refuerzo refuerzo horizontal horizontal Escalerilla Escalerilla (no (no permitida) permitida)

M1 M1

WBW-E WBW-E

V Vss == η ηp phh ffyy A ATT 0.2 0.2

0.4 0.4

11 kg/cm² kg/cm² == 0.0981 0.0981 MPa MPa

0.6 0.6

M4 M4

NTC-M NTC-M 2004 2004 0.8 0.8

1.0 1.0

1.2 1.2

pphhffyy ,, MPa MPa

1.4 1.4

1.6 1.6

1.8 1.8

Casos ejemplo, rehabilitación de viviendas dañadas por sismo

80

Demolición total y construcción

81

Reemplazo de elementos

82

Foto: ín del Foto: R. R. Mart Martín del Campo Campo

Reconstrucción:

Malla y mortero como refuerzo adicional

83

Foto: ín del Foto: R. R. Mart Martín del Campo Campo

Adición de castillos y dalas

84

Fotos: J. Tejeda

Unidad habitacional, 1999

85

86

87

88

89

Detalle del daño

90

Geometría y dimensiones A

B 150

C 300

A

6°

1

B

C

150

300

460 390

72

156

156

4

5

250

6 7

75

2

60

900 12

650 300

6

Sube

100

3 PIEZAS DE MAMPOSTERÍA 91

Baja

3

156

160

PLANTA BAJA

PLANTA ALTA

Levantamiento de daños

PLANTA BAJA

92

PLANTA ALTA

Propuesta de rehabilitación muro de concreto castillos externos de 15x15 cm

muros de concreto

Reparación de la escalera (en su caso)

PLANTA BAJA

93

muro de concreto

PLANTA ALTA

Rehabilitación reemplazando muros de planta baja por mampostería confinada

94

95

96

Ubicación de muros dañados

Grietas Grietas inclinadas inclinadas en en mampostería, mampostería, 22 aa 33 mm mm

PLANTA BAJA 97

PISO 1

Ubicación de muros dañados

Grietas Grietas inclinadas inclinadas en en mampostería, mampostería, hasta hasta 11 mm mm

PISO 2 98

PISO 3

Sistema de piso y distribución de cargas

Sistema de vigueta y bovedilla Cargas en los muros en dirección Y

99

Opción de rehabilitación

Método simplificado: VRx Rx = 30 t < Vuu = 55 t VRy Ry = 167 t > Vuu

Longitud requerida, malla 6x6-10/10 = 16 m 100

Longitud total = 19 m

Detalles de la rehabilitación Rodear extremos de muros Aplanado de mortero malla pegada al tabique clavo (doblado o amarrado)

PLANTA

arandela clavo tipo Hilti

CORTE

101

Anclaje a la cimentación

102

103

PLANTA

Resultados del Método simplificado (vmm*=3 kg/cm²):

104

Como mampostería reforzada:

Como mampostería no reforzada:

VRx Rx = 78 t < Vuu = 326 t VRy Ry = 109 t < Vuu

VRx Rx = 45 t < Vuu = 489 t VRy Ry = 63 t < Vuu

105

Conclusiones Evaluaci ón global del comportamiento Evaluación de la estructura. Influencia de la rehabilitaci ón en el rehabilitación comportamiento general (cambio de modos de falla). Simetr ía y regularidad en planta y Simetría elevaci ón. Redundancia. elevación. Estudio ttécnico écnico y econ ómico para económico seleccionar la mejor opci ón. opción. 106

Recomendaciones • Simetría en planta y en elevación • Reducir entrantes y salientes • Continuidad vertical en los muros (cumplir con los requisitos para el método simplificado).

• Densidad de muros suficientes en ambas direcciones. • Evitar columnas cortas y plantas bajas débiles. 107