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
