Análisis comparativo del comportamiento fisico estructural de modelos de maposterías rectangular y conoidal fabricados en ladrillos y morteros óptimos

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(3)

CERTIFICACIÓN

Ingeniero

Marlon Valarezo

A. CATEDRÁTICO DE LA ESCUELA DE ARQUITECTURA

DOCENTE INVESTIGADOR DE LA U.C.G.

CERTIFICA:

Qué el presente trabajo de investigación previo a la obtención del título de

Arquitecto titulado: «

ANÁLISIS COMPARATIVO DEL COMPORTAMIENTO

FÍSICIO-ESTRUCTURAL DE MODELOS DE MAMPOSTERÍA

RECTANGULAR Y CONOIDAL FABRICADOS CON LADRILLOS Y

MORTEROS ÓPTIMOS",

desarrollado por el señor egresado José Luis Morocho González, ha sido dirigido y revisado el mismo que tiene la suficiente validez técnica y profundidad investigativa, por lo que autorizo su presentación.

Atentamente.

N\MLJ

JFJUO/

Ing. Marlon

(4)

CESIÓN DE DERECHOS

José Luis Morocho González declara conocer y aceptar

la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la

Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte

pertinente textualmente dice: "Forman parte del

patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de

investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de

grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero,

académico o institucional (operativo) de la Universidad ".

(5)

AUTORÍA

El contenido de la presente investigación, los análisis,

resultados y conclusiones son de exclusiva

responsabilidad del autor.

(6)

AGRADECIMIENTO

Deseo expresar mi sincera gratitud a la Universidad Técnica Particular de Loja en especial a la Escuela de Arquitectura por los conocimientos impartidos que han contribuido a forjar mi desarrollo personal e intelectual.

A todos los Profesores de la Escuela de Arquitectura que saben instruir con generosidad la formación de nuevos profesionales útiles a la sociedad.

A los directivos y docentes investigadores de los laboratorios U. C. G; así como de U.D.I.A. quienes con su apoyo incondicional colaboraron al desarrollo de la investigación.

(7)

DEDICATORIA

A mis padres Isabel y Escolástico, que me han apoyado incondicionalmente durante los 24 años de mi vida, me han formado en lo que soy y me han mostrado un camino que procuraré seguir durante el resto de mi vida.

A mis hermanos: José Adán, Luz, María, Martha, Juan, Regina, Wllma, Flora y Pablo que siempre han estado ahí apoyándome a seguir adelante; y así mismo a todo el resto de las personas que forman mi familia: Morocho González.

Y a todos mis amigos quienes con su apoyo desinteresado colaboraron de una u otra manera no a la culminación, sino al inicio de esta etapa de mi vida.

(8)

PREFACIO

El conjunto ladrillo-mortero ha sido desde tiempos antiguos uno de los sistemas más usados en la construcción de edificaciones cuya necesidad principal era poseer un tiempo de vida muy elevado; es así que en la actualidad podemos observar construcciones cuya durabilidad es comparable a la de las rocas artificiales, esto incluso en nuestro medio con el Puente Bolívar y la Iglesia de Santo Domingo por citar dos ejemplos.

La mampostería, un elemento indispensable en la arquitectura para la delimitación, división y jerarquización de espacios, en nuestro medio es construida principalmente con el sistema ladrillo común y mortero, sistema en el cual las evoluciones han estado preferiblemente en lo que respecta a mejoramiento de materiales y tecnologías más no en lo que respecta la forma de la misma como un recurso estructural.

En el mundo de la arquitectura se ha podido ver grandes ejemplos donde la forma, la estructura y la función forman un solo cuerpo en la constitución de una obra propia a su entorno; en la arquitectura local es necesario incursionar en la investigación experimental para de ahí iniciar con bases científicas y valederas a una nueva metodología de diseño donde las partes de un todo se complementen en una obra de arquitectura propiamente dicha; fusionando así bases estrictamente científicas con cuestiones estrictamente de diseño formal.

(9)

(10)

ÍNDICE GENERAL

CERTIFICACIÓN... CESIÓNDE DERECHOS... AUTORÍA ... . ... . ... ... ... ... ... AGRADECIMIENTO... DEDICATORIA... Prefacio... Índicegeneral...

Capítulo 1: GENERALIDADES

1.1.-Reseña Histórica... 1.2.- Antecedentes... 1.3.- La forma no ortogonal - el Conoide.... ... . ... ... ---- ... 1.3.1.- Forma, geometría y superficie en la Arquitectura... 1.3.2.- Las superficies regladas... 1.3.3.- El Conoide ... . ... . ... . ... .... ... ... 1.4.- Referencias... 1.4.1.- Referencias Generales... 1.4.2.- Referencias Locales...

Capítulo 2: MARCO TEÓRICO

2.1.-

Características de los Materiales...

2.1.1.- El ladrillo... 2.1.1.1.- Definición... 2.1.1.2.- Tipos de Ladrillo... 2.11.3.- Características Generales... 2.1.1.4.- El Ladrillo en nuestro medio... 2.1.1.5.- Fabricación del ladrillo común...

(11)

2.1.2.- El Mortero. 25

2.1.2.1.- Definición... 25

2.1.2.2.- Tipos de morteros... 26

2.1.2.3.- Morteros en nuestro medio... 27

2.2.- Lógica estructural de la mampostería portante... 28

2.2.1 .- Mampostería... 28

2.2.1.1.- Sistemas de mampostería... 29

2.2.1.2.- Mampostería estructural... 31

2.2.2.- Recomendaciones generales de materiales para mampostería de piedras artificiales... 32

2.2.3.- Normas para Ensayos de Mampostería... 32

2.2.3.1.- Ensayo de muretes de mampostería... 33

2.2.3.2.- Ensayo para la determinación de la resistencia a la compresión de prismas de mampostería... 36

2.2.3.3.- Ensayo para la determinación de la tensión diagonal en mampostería... 38

2.2.3.4.- Ensayo de flexión en mampostería... 40

2.2.4.- Códigos para la construcción de mampostería estructural... 43

2.2.5.- Métodos de diseño estructural en la construcción de mampostería... 43

2.2.6.- Métodos de Cálculo... 45

2.2.7.- Diseño formal de mamposterías... 47

Capítulo 3: COMPROBACIÓN DEL COMPORTAMIENTO

ESTRUCTURAL

3.1.-

Funcionamiento... 49

3.1.1.- Materiales: ladrillo común y morteros... 49

3.1.2.- Comportamiento estructural del ladrillo-Mortero ... ... ... 60

3.1.3.- Comportamiento estructural de la forma: El Conoide ... . .... ... 64

3.1.4.- Determinación del modelo y cálculo preliminar... 66

3.2.- Comprobación experimental de las estructuras... 68

(12)

3.2.2.- Sometimiento a Cargas Externas... 72

3.2.2.1.- Compresión Simple... 73

3.2.2.2.- Tensión Diagonal... 80

3.2.2.3.- Flexión... 84

3.2.2.4.- Acciones Sísmicas... 87

Capitulo 4: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1.- Presentación y análisis de Resultados ... ... .... ... . ... . ... 89

4.2.- Conclusiones ... . ... ... ... . ... ---- ... ...90

4.3.- Condiciones de Aplicación de la mampostería de forma conoidal y 91 recomendaciones...

Capítulo 5: APLICACIÓN EN DISEÑO

5.1.-

Diseño de la Capilla para el sector El Retorno... 95

5.1.1.- Datos del Proyecto... 96

5.1.2.- Conceptualización, simbolismo y forma... 98

5.1.3.- Organigrama funcional. Partes... 100

5.1.4.- Estructura... 102

5.2.- Proyecto... 103

5.2.1.- Representaciones arquitectónicas... 103

5.2.2.- Perspectivas... 107

5.2.3.- Análisis de la estructura... 110

Cuadrode Tablas ... .. ... . ... . ... . ... .. ... ... ... ... ... .114

Cuadrode Figuras.. ... ... ... ... ... . ... 114

Bibliografía.. ... . ... . ... . ... . ... .... . .... . ... . .... ... ... ... ... ... 117

(13)

GencraliJaJes

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6APÍLO

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(14)

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

ESCUELA DEARQUITECTURA CAPÍTULO 1

Capítulo 1

GENERALIDADES

1.1.-

Reseña histórica

Desde hace tiempos remotos, la arquitectura se ha constituido en una forma de expresión artística a través de la cual el hombre ha podido expresar no solo la belleza sino ha sido también la forma de dar soluciones a las necesidades habitacionales, sicológicas y en general humanas propias de su medio; así el arquitecto ha constituido el ser que por su profesión está llamado a satisfacer las necesidades utilitarias, estructurales y formales necesarias para la habitabilidad humana.

La "casa", el espacio destinado a resolver todas aquellas necesidades de refugio del hombre, empezó por los espacios temporales de los pueblos nómadas, para luego llegar a las habitaciones permanentes con los sedentarios, donde la durabilidad sería un factor indispensable. Los primeros materiales fueron la madera, las rocas y la tierra; y la combinación de estos dio lugar a un sin número de sistemas constructivos que se mantuvieron casi hasta tiempos modernos.

Desde entonces las rocas naturales y artificiales, pasarían a ser los materiales conocidos de mayor durabilidad. En

Mesopotamia,

donde el material predominante fue la tierra, ya se empezó a utilizar la tierra cocida como material de construcción; luego, desde la arquitectura

Egipcia, Creto-Micénica y

Griega,

se usó las rocas naturales y artificiales en la construcción de sillares de rocas y mamposterías, marcando así el inicio del uso de materiales de alta

durabilidad. Más adelante, en la arquitectura

Romana, Paleocristiana y

(15)

el uso de la mampostería fue fundamental en la solución de problemas

estructurales. En la arquitectura

Renacentista, en el Barroco y en el Neoclásico los sistemas constructivos y estructurales no sufrieron mayor innovación, más bien las formas y los estilos fueron los que marcaron de alguna manera la época. El movimiento Moderno y la Industrialización dieron un gran paso al uso de materiales y sistemas constructivos; movimiento propio de los países industrializados; mientras que en la realidad Latinoamericana las tecnologías apropiadas al medio con el uso de materiales convenientes, económicamente sustentable y sin complicaciones, han sido las mejores soluciones para democratizar la técnica y pueda ser manejada por la mano de obra común.

En la actualidad en nuestro medio el uso de la tecnología de la

mampostería tiene fines únicamente de separación de espacios y no como un

recurso estructural, y peor aún como un recurso formal expresivo; así los estudios acerca del uso de sistemas formales y estructurales para nuestro medio adquieren importancia indispensable para la arquitectura local.

1.2.-

Antecedentes

(16)

ESCUELA DEARQUITECTIJRA CAP/rULO 1

Una solución a este divorcio entre la arquitectura e ingeniería, es buscar la conjugación de estas dos ramas a través de la introducción de la una especialidad en la otra, objetivo que se pretende en el presente trabajo de tesis; así el Ingeniero Civil Rafael Bras hablando de Santiago Calatrava en el prefacio de un libro menciona: "Sospecho que todos los ingenieros civiles - y todos los niños - tienen el mismo sueño; desgraciadamente nuestro sistema educativo conspira en contra. La creatividad se encuentra enterrada bajo las ecuaciones o encerrada entre los muros de las especialidades".' Así mismo en la mima obra, Stanford Anderson menciona: "Santiago Calatrava, arquitecto e ingeniero, persigue sin desaliento la unión de arte y ciencia. Su exploración de las formas naturales (en particular del cuerpo humano) su disposición a trabajar metafóricamente y su brillantez en la presentación facilitan su exploración creativa de la forma, el espacio, la luz e, incluso, la cinética. Su dominio de los principios de la ingeniería no sólo hacen posible la realización de sus proyectos, sino que, además, evoluciona y progresa mediante el diálogo entre la invención formal y los principios científicos. "2 Calatrava es un claro ejemplo de esta unión complementaria de las dos ramas siendo una excepción viviente de la unión de la ciencia y el arte.

El arquitecto Félix Candela, maestro de Calatrava, es otro claro ejemplo de la conjugación de estos dos elementos de toda construcción: estructura y forma. En una palabra, disponía la estructura y con aquello la obra ya estaba concebida; pero no sabía calcular sus estructuras, operación que efectuaba por simple lógica, viendo aquello como algo empírico. Sin embargo el trabajo de Candela fue reconocido mundialmente, pues sin concentrarse en una sola rama pudo conjugar bien ambas para dar a la arquitectura e ingeniería claros ejemplos de hazañas estructurales y formales.

El Ingeniero Uruguayo Eladio Dieste, que bien pudo haber pasado en cualquier circunstancia como Arquitecto, pues podía discutir juicios formales y expresivos sin ningún temor a equivocarse ya que sus fundamentos a más de ser formalmente muy pero muy expresivos, pasaban a ser comprobados de

'Santiago Calatrava, Conversaciones con estudiantes. Lewis C y Pendieton A. Pág. 6.

(17)

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAPITULO 1

una manera técnica a través del cálculo y la experimentación, dando de esta forma una muestra espectacular de la combinación complementaria del cálculo y la forma. Además da una muestra invaluable del desarrollo de la tecnología local basando su trabajo en el progreso de una técnica propia bien conocida como era el uso del ladrillo; haciendo mención a la tecnología y al desarrollo, Dieste dice: "Debemos salir del subdesarrollo, pero de una manera humana y nuestra, sin copiar ni los procesos, ni las técnicas, más que cuando nos sea absolutamente indispensable, por urgencias ilevantables"1.

Otros ejemplos importantes de mencionar son: Antoni Gaudí quien encontró en la naturaleza la conjugación de la forma y estructura y Fruto Vivas quien con la lógica de los tipos estructurales, conjuga bien estos conceptos con la arquitectura social. Todos ellos y muchos otros más al proponer su obra pasaron por la

experimentación

a través de modelos reales y a escala, en donde el proceso de diseño parte interesantemente del Método Científico.

En nuestro medio la investigación experimental en el campo de materiales, sistemas constructivos y estructuras no se ha desarrollado de mayor manera por los Arquitectos, siendo tomada de entero por los Ingenieros Civiles, tanto así que en los laboratorios UCG de la U.T.P.L los profesionales y estudiantes de Ingeniería Civil son quienes están dedicados a este tipo de investigación. Así, bajo esta realidad de formación en la materia, ¿Cómo el arquitecto puede hacer propuestas donde se conjugue bien la forma y la estructura? Pues las propuestas formalmente innovadoras deben tener un profundo sentido científico basado en estudio y experimentaciones prácticas.

El presente trabajo de investigación en mamposterías, donde la forma conoidal es la base formal, da un inicio a la búsqueda del equilibrio entre forma y estructura, arquitectura e ingeniería, entre lo sentimental y lo científico; entre

el laboratorio y el diseño; para de esta manera tener el fundamento técnico

necesario para hacer una propuesta formalmente novedosa en paredes.

(18)

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAP/TUL 0 1 1.3.-

La forma no ortogonal - el Conoide

1.3.1.- Forma, geometría y superficie en la Arquitectura

La forma es el elemento indispensable de la concepción arquitectónica y la manera de plasmar las ideas para concebir espacios, por lo que debe ir íntimamente relacionado con lo estructural y funcional de las construcciones, de esta manera se consigue que toda obra arquitectónica cumpla con los tres requisitos propios: forma, función y estructura.

El uso de las formas para que cumplan una función está dada en la disposición geométrica de los materiales para la conformación de los ambientes arquitectónicos; el arquitecto es el encargado de disponer estos elementos en el espacio de manera que cumplan los requerimientos propios de lo que se está diseñando. La estructura se fundamenta en la disposición de los materiales y elementos para que las formas sean sustentables mientras transmiten las cargas hacia el suelo; "la estructura se puede entender a través de los significados culturales que expresa o como vía para imprimir dinamismo o estatismo al edificio. Si crea una sensación dinámica, la estructura sugiere rigidez o elasticidad y tendrá un componente rítmico asociado a su geometría."'

Las formas de la estructura son formas constructivas técnicas que derivan de la función misma de la estructura para cumplir con las solicitaciones externas mediante diferentes estados de equilibrio. Las formas de las estructuras están sometidas a leyes de la gravedad y a la mecánica de las fuerzas, por consiguiente, se pueden calcular, comprobar y ejecutar; poseen una lógica propia y representan un lenguaje formal independiente: la geometría de las estructuras.

"La geometría es la disciplina que organiza la arquitectura; es necesaria para ordenar la estructura, pues las construcciones geométricas son tan inevitables como en la misma naturaleza. La geometría sirve también para

(19)

ESCUELA DEARQUITECTURA CAPITULO 1

interrelacionar las diversas partes de una edificación".' De esta manera tanto la estructura y la función se entrelazan geométricamente para dar como resultado visual volúmenes como componentes sólidos de la forma. "La geometría en el campo de las estructuras es la determinación exacta de las líneas, superficies y volúmenes que posean propiedades intrínsecas y ventajosas para transmitir las cargas. Sus formas constituyen normas absolutas en el diseño de estructuras."2

"Las superficies delimitadas y de forma determinada se constituyen en un instrumento y criterio para definir un espacio. Las superficies sirven para subdividir y delimitar el espacio. Al subdividirlo, lo delimitan, y con ello crean un nuevo espacio. Las superficies son el medio geométrico más eficaz y claro para definir un espacio desde el interior hacia el exterior, de nivel a nivel y de espacio a espacio. Las superficies debido a su propiedad de formar y determinar un espacio, son la abstracción más elemental con la que se manifiesta la arquitectura, en tanto que idea y realidad.

En la construcción, las superficies pueden satisfacer una función portante bajo determinadas condiciones: superficies estructurales. Las superficies estructurales pueden cubrir un espacio y soportar cargas sin otros medios auxiliares. Las superficies estructurales se pueden unir para formar mecanismos que transmitan fuerzas: sistemas de estructuras de superpie activa. La continuidad constructiva de los elementos en dos ejes, es decir, la resistencia superficial frente a compresiones, tracciones y esfuerzos cortantes, son el requisito previo y la primera característica de las estructuras de superficie activa."3

1.3.2.-

Las superficies Regladas

El gran inconveniente del uso de Superficies Curvas como un recurso formal en la concepción arquitectónica, tal como es el conoide, se ve reflejado en la construcción de estos elementos pues al ser modelos no estandarizados

Análisis de la forma. Urbanismo y Arquitectura. Baker G. Pág 30.

2 _{Sistemas Estructurales. Engel H. España. 2001. Pág 229.}

(20)

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAPÍTULO 1

su proceso constructivo debe ser innovador; por ello el concebir estas formas en el diseño de edificaciones es una utopía; pues a más de crear dificultades en la construcción podría generar costos elevados en la misma. Las superficies regladas han constituido una forma de resolver estos inconvenientes pues estas superficies pueden ser de una o de doble curvatura; pero sin embargo son generadas por rectas cuyos extremos se desplazan progresivamente endoso más direcciones (Fig. 1.1 y 1.2)

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Hiperbólico. Fuente: Autor Conoide Fuente: Autor

1.3.3.-

El Conoide

Uno de los conceptos que el Diccionario de la Real Academia Española nos da acerca del conoide, y a mi criterio el más claro, dice: "Superficie engendrada por una recta que se mueve paralela a un plano apoyándose en una curva y en otra recta".' (Fig. 1.3)

(21)

ESCUELA DEARQUITECTURA CAP/TUL 0 1

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lo

Fig. 1.3. Conoide simple. Fuente: Autor

El estudio del conoide para el uso en la mampostería, nace de la búsqueda de nuevas propuestas formales aplicables, pues la mampostería o paredes en general en nuestro medio no han sido utilizadas de otra forma que no sea la recta u ortogonal, y máximo se ha usado en curvas en un solo sentido o bajo una misma directriz. El conoide por su origen es una forma intermedia entre lo recto y lo curvo.

El conoide proporciona una superficie reglada; es decir, geométricamente es una superficie donde se puede aplicar una regla recta en al menos una dirección y cuya forma geométrica proporciona fundamentos estáticos que dan mayor estabilidad a la estructura; así la forma conoidal de estas superficies deja aparecer una base de mayor ancho colaborando a la inercia de la misma; y a la vez da una forma aplicable en el diseño arquitectónico.

(22)

lo

1. Costos de obra ya que por cuestiones como la mano de obra y la rentabilidad del mismo en este tipo de estructuras son lógicamente. más caras que las propuestas normales y comunes.

2. Desconocimiento y desinformación de los proyectistas ya que ellos no puede proponer algo que no conocen.

3. Falta de experimentación práctica por parte de entes de investigación e inclusive por parte de los constructores mismos los cuales pueden trabajar en una experimentación permanente dentro del trabajo diario en la construcción.

4. Aceptación de formas por parte de los propietarios ya que la gente no está familiarizada con formas que no sean rectas, y por ello no tienen la suficiente confianza como para aceptarlas.

(23)

ESCUELA DE ARQUITECTURA CAP/TUL 0 1 1.4.-

Referencias

1.4.1.- Referencias Generales

Uno de los máximos exponentes de proyectos en donde la forma y la estructura son elementos inseparables de la propuesta y se ajusta a nuestra realidad Latinoamérica, es el Ingeniero Uruguayo Eladio Dieste quien realizó un extenso y laborioso estudio de experimentación en el uso de los materiales cerámicos, entre ellos el ladrillo, como los materiales primordiales de su obra convirtiéndose en el mejor ejemplo de investigaciones de este tipo.

Montevideo y Atlántida especialmente tienen espléndidas obras de este uruguayo. Son lecciones de un ingeniero acerca de las técnicas constructivas y la racionalidad estructural que generan espacios y formas hermosas; como en el caso de Nervi, Candela, Frei Otto o el actual Calatrava. La luz como protagonista y la forma al servicio de una invención estructural. Su principal trabajo reside sobre las estructuras tipo cáscaras de ladrillos cerámicos. Su obra cuenta con una variedad de temas en la que la racionalidad y audacia formal es la única cosa que las vincula. El éxito técnico, económico y estético de sus bóvedas de doble curvatura y sus láminas regladas tiene un fundamento teórico que lejos de ser exclusivamente estructural se sitúa en el terreno general de las convicciones intelectuales y formales.

(24)

y construcción son inseparables, en el convencimiento de que materiales y formas se eligen en función de procesos y destrezas, y en la fidelidad tenaz a

una ética de lo necesario que rechaza lo superfluo con indignación técnica y estética."'

Fig. 1.4. Exterior (izquierda) Fig. 1.5. Interior de iglesia de Atlántida (derecha). Fuente: Internet.

Eladio Dieste en la obra de la iglesia de Atlántida da uno de los más grandes ejemplos del uso de materiales cerámicos (ladrillo) en construcciones de alto valor estético, religioso, espiritual, pero sobre todo estructural (Fig. 1.4 y 1.5). Las

superficies regladas

en las paredes para el soporte de cargas generadas por las bóvedas plegadas que cubren el espacio. El uso de estas formas para sus obras se basa en un profundo análisis de las propiedades estructurales de las formas para luego pasar al análisis de los materiales a utilizarse, toma la forma como un recurso estructural antes que como un inconveniente.

1.4.2.-

Referencias Locales

En nuestro medio la investigación aplicada ha ido tomando fuerza principalmente dentro de los predios universitarios; así en lo que respecta a materiales se ha venido realizando un sin número de trabajos donde la experimentación en el laboratorio ha sido la metodología para llegar a las conclusiones.

(25)

Dentro de las referencias locales para la presente investigación están estudios realizados en la Universidad Técnica Particular de Loja, en los laboratorios UCG; con ello se busca dar continuidad a aquellos trabajos que de una buena forma contribuyen al desarrollo de la técnica del ladrillo como la práctica más usada en nuestro medio en la construcción de obras de mampostería. Así la presente investigación parte de estudios e investigaciones previas con respecto al uso de estos materiales y técnicas.

Dentro de los principales referentes está el trabajo de tesis titulado: "Recomendaciones Generales para la Fabricación del Ladrillo Artesanal y su uso en la construcción de vivienda con Mampostería Confinada"' realizado en la Escuela de Ingeniería Civil así como en los laboratorios UCG de nuestra Universidad, en el que se realiza un estudio profundo acerca de materias primas, producción y calidad del ladrillo producido en el Cantón Catamayo como fuente principal de abasto para la ciudad de Loja; así mismo y en base a este estudio, se realiza una propuesta para el mejoramiento de la calidad de este ladrillo mediante la aplicación de ciertas normas de una manera fácil y económica dentro de la misma fabricación artesanal.

Otro referente local para la presente investigación es el trabajo: "Análisis y diseño de Mampostería y dinteles utilizando materiales cerámicos"2 realizado también en los predios universitarios, en el que se hace un trabajo de laboratorio con la finalidad de establecer las propiedades mecánicas de los materiales utilizados en la construcción común de mamposterías y dinteles, como son el ladrillo común y los morteros; de esta forma y en base a aquellos estudios se propone recomendaciones generales para la construcción de elementos de mampostería normal y dinteles armados con la finalidad de mejorar esta tecnología.

. Recomendaciones Generales para la Fabricación del Ladrillo Artesanal y su uso en la construcción de vivienda con Mampostería Confinada. Ochoa S. Santorum H . U.T.P.L. Loja. 2005.

2 _{Análisis y diseño de Mampostería y dinteles utilizando materiales cerámicos. Cajamarca P. U.T.P.L.}

(26)

"DIMCAD, análisis y diseño de mampostería confinad3" 1 es otro trabajo de fin de carrera hecho en función del mejoramiento de la tecnología, el análisis, el diseño y la construcción de mampostería confinada, en donde se hace un análisis general de la mampostería, su construcción y el diseño de las mamposterías, así mismo ofrece el desarrollo de un software para la optimización del tiempo en el análisis.

(27)

Marco

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(28)

Capítulo 2

MARCO TEÓRICO

2.1.-

Características de los Materiales

Es importante conocer los conceptos y características principales de los materiales usados para la presente investigación pues así se tiene un punto de partida donde fundar el trabajo, y así mismo continuar con las investigaciones hechas en nuestro medio'. Además es importante mantener una idea global de los conceptos ya que pueden ser tratados de una manera universal para una posible aplicación en cualquier medio; así como es indispensable conocer el estado local de los mismos en nuestro medio, de esta manera se busca que la investigación pueda ser tratada de una manera tanto global como local.

21.1.- El ladrillo

2.11.1.- Definición:

"Todos sabemos que el ladrillo se usó en la antigüedad en estructuras que aun hoy nos asombran (recordad Roma) por su complejidad, por su maestría constructiva y por su audacia (audacia pese a su aspecto macizo que también contribuye a nuestro asombro). Hoy sería económicamente casi irrealizable. Esa pesadez se debía a la necesidad de evitar las tracciones .2 Actualmente, aunque con esos inconvenientes aún se los sigue utilizando con la diferencia que ha dejado de ser el material principal de las construcciones, y ha pasado a ser un material secundario y de relleno, especialmente usado en unidades de división como paredes, tabiques, mamposterías, etc.

'Trabajos de investigación desarrolladas en U.C.G. de la U.T.P.L. (Ver Referencias Locales, Capítulo 1)

(29)

J5

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAP/TUL 02

Un claro ejemplo en nuestro medio del uso de las propiedades del ladrillo es el puente Simón Bolívar donde el material primordial de la construcción en sí es el ladrillo y mortero (Fig. 2.1); la resistencia a la compresión del ladrillo ha sido el recurso estructural para su concepción; y la línea curva un recurso formal para el soporte de cargas y su transportación hacia el suelo (Fig. 2.2). En fin el material que predomina en su totalidad aquella construcción, que por cierto es de una época más o menos antigua, ha sido el ladrillo.

Fig 2 1 Materiales utilizados en la construcción del puente Simón Bolívar Fuente: Autor.

Fig. 2.2. Formas curvas del puente como recurso estructural. Fuente: Autor

(30)

ESCUELA DEARQU/TECTUIA CAPÍTULO 2

más que la piedra. Su color varía dependiendo de las arcillas empleadas y sus proporciones cambian de acuerdo a las tradiciones arquitectónicas."' .En los términos más simples el ladrillo es un paralelepípedo de diferentes tamaños pero siempre guardando diferencia en sus tres dimensiones, posee características físicas muy similares a las de algunas rocas naturales, en otros términos se lo puede clasificar como una roca artificial; y resulta de la cocción M barro seco a unos 800°C produciéndose cambios en la estructura química de los componentes de la arcilla hasta obtener una masa dura y resistente. En un breve análisis, este material es el más utilizado en las obras de albañilería local, pues es el material más común, barato y de fácil trabajo.

El Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN) lo define como: "Pieza moldeada y cocida, en forma de paralelepípedo o prisma rectangular, que se emplea en albañilería. Deben fabricarse de arcilla o tierra arcillosa, a veces con adición de otros materiales, de suficiente plasticidad o consistencia para que puedan tomar la forma permanente y secarse sin presentar grietas, nódulos o deformaciones "2. El INEN también hace una aclaración con respecto a la definición de ladrillo común o Mambrón que es el ladrillo moldeado a mano, objeto de nuestro estudio; así mismo en esta norma se definen otros tipos de ladrillos como son: el ladrillo de máquina, reprensado, macizo (que puede ser moldeado a máquina) y ladrillo hueco.

"El uso del ladrillo en la construcción de mamposterías nace del análisis de sus características generales que es conveniente explicar porque se refieren a hechos no siempre bien conocidos:

- Su elevada resistencia mecánica cuando la elaboración del mismo sigue un cierto control de calidad.

- Con la tierra cocida son posibles mampuestos de una liviandad* inalcanzable con hormigón o cemento.

Biblioteca de Consulta Encarta 2005.

2 Norma INEN 293, Ladrillos Cerámicos, Definiciones, Clasificación y Condiciones Generales. 1977-05.

(31)

ESCUELA DEARQUITECTURA CAPÍTULO 2 - A igualdad de resistencia el ladrillo tiene un módulo de elasticidad menor

que el hormigón.

- Posee un buen envejecimiento, mejor que el del hormigón.

- Las reparaciones se notan menos que en una estructura de hormigón no revocada.

- Buen aislamiento térmico de la masa de tierra cocida en comparación a otros materiales.

- Mejor comportamiento acústico por el menor Módulo de Elasticidad y por la facilidad con que se hacen en ladrillo formas acústicamente convenientes.

- Capacidad de la regulación "natural" de la humedad ambiente."'

2.1.1.2.-

Tipos de Ladrillo

La Norman INEN 2932 da la siguiente clasificación general del ladrillo de producción local, en donde se divide tanto por el tipo de fabricación como por su característica formal.

Por su fabricación se divide en:

1. Ladrillo común.- O también llamado Mambrón, es el ladrillo de fabricación manual moldeado a mano que se realiza de una manera artesanal.

2. Ladrillo de máquina.- Es el ladrillo moldeado mecánicamente y en producción continua.

3. Ladrillo reprensado.- Es el ladrillo que se prensa en el moldeo y la cochura.

Por su contextura y forma se divide en:

1. Ladrillo macizo.- Es el ladrillo fabricado a mano o a máquina sin

perforaciones en su interior, o con perforaciones celulares que pueden llegar hasta el 20% de su volumen.

'La estructura Cerámica. Dieste E. Fac. Arq. U. de los Andes- Colombia. 33-34 pp.

(32)

lo

Según la norma INEN 2971 el ladrillo macizo, de acuerdo a su calidad, se subdivide en:

+ Tipo A.- Será ladrillo prensado, de color rojizo uniforme, con ángulos rectos y aristas rectas, no tendrá manchas, eflorescencias, quemados ni desconchados aparentes en caras y aristas, y resistencia individual a la compresión no menor a 200 kg/cm2

•. Tipo B.- Será ladrillo de máquina, de color rojizo, con ángulos rectos y aristas rectas, diferenciándose del tipo A en que puede tener pequeñas imperfecciones en sus caras exteriores, así como variaciones de rectitud en sus aristas hasta de 5 mm., y una resistencia individual a la compresión no menor a 140 kg/cm2.

•. Tipo C.- Será semejante al tipo B, diferenciándose de él en que puede, además de ser fabricado a mano y tener imperfecciones en sus caras exteriores, tener variaciones de rectitud en sus aristas hasta de 8 mm., y

una resistencia individual a la compresión no menor a 60 kg/cm2.

2. Ladrillo hueco.- Es el ladrillo fabricado a máquina con perforaciones en su interior, que pasan el 20% de su volumen.

Así mismo la Norma INEN 2972 clasifica a los ladrillos huecos, de acuerdo a su uso, en tres tipos:

+ Tipo D.- Este ladrillo podrá emplearse en la construcción de muros soportantes, tabiques divisorios no soportantes y relleno de losas alivianadas de hormigón armado; y su resistencia individual a la compresión no será menor a 50 kg/cm2.

•• Tipo E.- Podrá emplearse únicamente en la construcción de tabiques divisorios no soportantes y rellenos de losas alivianadas de hormigón armado; y poseerá una resistencia individual a la compresión no menor a 40 kg/cm2.

'INEN 297. Ladrillos Cerámicos, Requisitos. Pág 1-2.

(33)

ESCUELA DEARQUITECTUR4 CAP/rULO 2

•. Tipo F.- Podrá emplearse únicamente en el relleno de losas alivianada de hormigón armado; y sur resistencia no menor a 30 kg/cm2.

2.1.1.3.-

Características Generales

Una de las principales características físicas del ladrillo son sus dimensiones que por lo general son diferentes entre ellas: largo, es la mayor dimensión del ladrillo; ancho en la dimensión intermedia, y la altura que es la menor de sus dimensiones. (Fig. 2.3)

Fig. 23. Dimensiones del ladrillo Fuente: Autor

Así mismo, y resultado de sus aristas posee 6 caras las mismas que son de 3 superficies diferentes: una cara mayor llamada tabla, una cara intermedia llamada canto, y una cara menor llamada testa. (Fig. 2.4)

(34)

ESCUELA DEARQUITECTURA CAP/TULO 2

La disposición de los ladrillos unos junto a otros para la formación de la mampostería se conoce como aparejo, y los utilizados en la construcción común de una sola hilada de ladrillos son los siguientes: Soga (Fig. 2.5), tizón

(Fig. 2.6) y sardinel (Fig.2.7).1

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Fig.2 . Aparejo a Soga. Fuente Autor Fig. 2.6. Aparejo a Tizón. Fuente. Autor

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-Fig.2 7 Aparejo a Sardinel Fuente Autor.

21.1.4.- El ladrillo en nuestro medio

"En nuestro medio la principal fuente de producción es el ladrillo elaborado en el Cantón Catamayo el mismo que se expende en aproximadamente el 95% de los locales dedicados a la venta de este producto, mientras que el restante proviene de la parroquia Malacatos"2 el mismo es usado principalmente como material para la construcción de elementos de separación de espacios antes que como elementos estructurales.

1 _{Notas de Clase, Construcciones V, Escuela de Arquitectura, U.T.P.L. 2004}

2 _{Recomendaciones Generales para la Fabricación del Ladrillo Artesanal y su uso en la construcción de}

(35)

La producción de ladrillo común es enteramente artesanal y empírica y únicamente la experiencia da las pautas para todo el proceso en el cual no se maneja ninguna especificación técnica, dando como resultado ladrillos de bajísima calidad y rangos de variación bastante elevados afectando de esta forma las características estructurales de los mismos. En la investigación desarrollada por Ochoa y Santorum en nuestra misma Universidad se obtuvieron resultados no muy satisfactorios para el uso del ladrillo de producción local para fines estructurales pues la resistencia a la compresión de las piezas oscila entre 25 y 40 kg/cm 2; así, "los valores obtenidos del valor característico del esfuerzo a la compresión no cumplen con la norma INEN 294. Ladrillos cerámicos. Requisitos, ya que se encuentran por debajo de la especificación, que exige un mínimo de 60 Kg/cm 2 , para un ladrillo tipo C"1 que puede ser usado para fines estructurales.

2.1.1.5.-

Fabricación del ladrillo Común

Por medio de la observación en las ladrilleras donde se elabora el ladrillo común de una manera artesanal en el Cantón Catamayo se ha obtenido datos referentes a la fabricación de los mismos que se pueden resumir de la siguiente manera:

•. Obtención de

Materias Primas:

la archa propiamente dicha, que en el caso de el sector los tejares se obtiene de la mina donde se encuentra de una manera superficial y es extraída mediante el uso de herramientas manuales; la arena como material desengrasante obtenida en un estrato

más bajo en la misma mina; el aserrín utilizado es obtenido

principalmente en la ciudad de Loja, aunque también es reemplazado con otros materiales como cáscara de arroz por ejemplo.

Recomendaciones Generales para la Fabricación del Ladrillo Artesanal y su uso en la construcción de vivienda con Mampostería Confinada. Ochoa S. Santorum H. U.T.P.L. Loja. 2005. Pág 32.

2 _{Investigación de Campo. Observación de la fabricación del Ladrillo Común en el sector Los Tejares.}

(36)

•. Mezclado y humectación de las materias sin ninguna dosificación, únicamente la experiencia es quien determina las cantidades de los mismos; pero es aproximadamente un 50% de arcilla y un 50% de arena; todo esto se hace en una fosa en el suelo que es destinada de antemano para este proceso.

+ El amasado es realizado con los pies un día después de la

humectación, y es donde se agrega el aserrín indispensable para evitar el agrietamiento cuando se producen contracciones en el secado.

•. El moldeo se hace con moldes de madera para tres ladrillos por lo general, el que se coloca bien humedecido sobre una superficie plana para luego colocar la pasta, enrazar y alisar con las manos.

+ El secado se realiza de la siguiente manera: durante 24 horas se deja la pieza tal cual se la moldeó para luego colocarla de canto; a las 48 horas puede ser apilado de manera que el aire circule libremente por la mayoría de sus superficies; finalmente el ladrillo estará totalmente seco a los 10 o 14 días dependiendo de las condiciones climáticas. Es preferible que el secado sea hecho en sombra para evitar contracciones diferenciales entre la parte interna y externa de la pieza.

+ En la cocción las arcillas adquieren una consistencia pétrea, esto se realiza en hornos hormigueros donde se apilan los ladrillos de canto dejando entre si espacios para que el calor se distribuya uniformemente; el combustible es leña y gas en el mejor de los casos y el tiempo que dura este proceso es de unas 18 a 20 horas para luego dejarlo enfriar. + Finalmente una vez frías las piezas se las retira y apila para su

(37)

21.2.- El Mortero

2.1.2.1.- Definición

Los Morteros son mezclas plásticas aglomerantes que resultan de combinar arena y agua con un material cementante, como el cemento, cal, yeso, o una mezcla entre estos.

Sus principales propiedades a considerar son: "resistencia a la compresión y a la tensión, adherencia con otros materiales, trabajabiidad, rapidez de fraguado, impermeabilidad y retención de agua. En nuestro medio el mortero más usado en la construcción es el de cemento, formado por árido fino, cemento Pórtland tipo IP y agua aunque posee como desventaja su fraguado rápido, su baja trabajabilidad y poca retención de agua y su uso después de una hora de su mezclado es inadecuada."'

"Los moteros que se empleen en elementos estructurales de mamposterías cumplirán con los siguientes requisitos-0

Su resistencia en compresión 2:40 kg. ¡cm2.

• La relación Volumétrica entre la arena y la suma del los cementos se encontrará entre _{2.25 y 3.}Se empleará la mínima cantidad de agua que dé como resultado un mortero trabajable."2

El mortero debe ser trabajable, o "mantecoso", tener buena retentividad del agua y poder desarrollar la resistencia y adherencia especificadas, Estas propiedades se logran mediante el uso de una arena bien graduada, proporciones adecuadas de mezcla y la cantidad mínima de agua para dar la plasticidad requerida. La propiedad del mortero que lo une a la mampostería es la adherencia. La cantidad y clases de material cementoso, la trabajabilidad y

'Notas de Clase, Construcciones V, Escuela de Arquitectura, U.T.P.L. 2004

(38)

plasticidad del mortero, la textura y succión de las unidades de mampostería y la habilidad con la que se colocan estas últimas influyen sobre la adherencia.

Cabe hacer una pequeña aclaración acerca de la diferencias en las propiedades tanto del mortero como el concreto: "El mortero une estructuralmente a los bloques o ladrillos, mientras que el concreto, en general, es un material estructural por si mismo. Una de las más importantes funciones de los elementos de concreto es soportar carga, mientas que la función principal del mortero es crear una unión completa, fuerte y durable con los bloques o mampuestos. El concreto se cuela en cimbras o moldes no absorbentes con una cantidad mínima de agua, entre cimbras absorbentes. La proporción de agua y cemento, conforme a la mezcla, es muy importante en una obra de concreto, pero lo es menos cuando se trabaja con mortero para mampostería de ladrillo. Cuando se coloca mortero con bloques, la proporción de agua y cemento disminuye con rapidez, por la absorbencia de las piezas. Por ello es importante distinguir entre los requisitos para concreto y mortero para mampostería"'

2.1.2.2.-

Tipos de Morteros

Los morteros pueden clasificarse bajo un sin número de especificaciones especialmente referente a sus componentes así como a las dosificaciones. Para el caso de los morteros utilizados comúnmente en nuestro medio haremos referencia a la clasificación dada por el Código Ecuatoriano de la Construcción (CEC) que propone los siguientes tipos de morteros:

(39)

M 15 15 150 1 3

1 0.5 4

M 10 5 50 1 6

1 f7

M2.5 2.5 25 1 7

1

2

^

L

i

Tabla 2.1. Tipos de Mortero

Fuente: Código Ecuatoriano de la Construcción. 2000

Esta clasificación es la más apropiada a seguir pues los morteros fabricados en el medio son fabricados a base de arena y cemento considerando su relación volumétrica; pero con el inconveniente de que en el medio no se puede obtener agregados diferenciados por su espesor o granulometría, utilizándose un solo tipo de material arenoso para la dosificación. El tipo de mortero más apropiado para nuestro estudio es el tipo M20 , con una dosificación de 1 parte de cemento frente a 2.5 partes de arena.

2.1.2.3.-

Morteros en nuestro medio

Los morteros utilizados comúnmente en nuestro medio posee una relación volumétrica de 1 parte de cemento a 3 partes de arena; y, aunque no tiene una razón técnica está dentro de las dosificaciones óptimas de morteros que va desde 1: 2.5 a 1:3 dada por Sánchez E. en su obra', incluso la norma ASTM C 1092 para la fabricación de cubos de morteros y su correspondiente ensayo a la compresión, indica una relación volumétrica de 1 : 2.75 partes de cemento y arena respectivamente; en el medio ha sido únicamente la experiencia la que les ha dado esta relación. Es claro que las características del mortero pueden variar según algunos aspectos tales como: materiales, mano de obra, cantidad de agua, y cuidado en el tiempo de uso del mortero.

Mampostería y Construcción. Sánchez E. México. 1995. Pág 156.

2 _{ASTM C 109. Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using}

(40)

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAPITULO 2 2.2.-

Lógica estructural de la mampostería portante

2.2.1.- Mampostería

La palabra mampostería nace de la palabra mampuesto cuyo concepto es piedra sin labrar, que por su pequeño tamaño puede colocarse con la mano, y con la cual se construyen las obras de mampostería; vale aclarar que mampostería no es la obra de albañilería que conocemos en nuestro medio comúnmente como la colocación específicamente de ladrillos unidos con mortero de cemento.

Los conceptos en muchos de los casos pueden ser diferentes, dependiendo siempre del medio en que se los esté analizando; así mampostería es la "fabrica de mampuestos o piedras de labra grosera, generalmente aparejados de forma irregular"'. También se lo conoce como: "obra hecha con mampuestos colocados y ajustados unos con otros sin sujeción a determinado orden de hiladas o tamaños"2.

Para la investigación llamaremos mampostería a aquella estructura fabricada con prismas rectangulares (ladrillos) dispuestos en hiladas unas sobre otras unidos por mortero de manera que posea una consistencia sólida y trabajen como un solo cuerpo frente a las distintas cargas a las que estén sometidas. "En general, la construcción de mampostería se hace con ladrillos o bloques pequeños (unidades de mampostería). Lo que amplía la diversidad del diseño. Los mampuestos de material pétreo pueden ser naturales, labrados o pulidos; los ladrillos y bloques se pueden fabricar con arcilla, pizarra, concreto o vidrio, y pueden ser compactos o huecos. ,3

Además, la construcción con mampuestos, ladrillos o bloques puede ser barata. Su costo de ciclo de vida es muy bueno basado en su larga duración y costos bajos de mantenimiento y energía. También se reducen los costos por la

'Diccionario de Arquitectura. España. Pevsner N, Fieming J, Honour H. 1996. Pág 405. 2 _{Biblioteca de Consulta Encarta 2005}

(41)

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAPITULO 2 lo

variedad de ladrillo y bloques, colores, tamaños, textura, acabados y formas

disponibles. Los muros incombustibles no contribuyen a la carga de

combustible, ni los consume el fuego. Los ladrillos o bloques se pueden usar para proteger contra el fuego los elementos estructurales de acero. Al usar materiales incombustibles para evitar que se propague el fuego y una barrera protectora se reducen los riesgos contra incendios. Poseen un excelente comportamiento térmico y acústico siendo la mampostería uno de los materiales más efectivos para controlar el sonido.

2.2.11.- Sistemas de Mamposterías

La principal característica para la investigación es la función estructural de la mampostería, que está ligada a la capacidad del muro para soportar o no cargas exteriores a más de las de su propio peso, por lo cual se tendrán los siguientes tipos de mampostería:

NO PORTANTE:

Es aquella cuya función principal es la de conformar muros que sirvan para dividir espacios, sin tener una función expresa o tácita de soportar techos o niveles superiores. Este tipo de mampostería conforma las particiones o fachadas en edificios con sistemas de soporte de pórticos de concreto, acero o, incluso, madera. Se dividen en:

Muros exteriores.- Soportan condiciones de exposición en fachadas, fundaciones, etc., donde puede haber presencia de agua al menos por un lado del muro, conlleva la necesidad de unidades de baja permeabilidad y absorción con el fin de impedir la entrada de agua a través del muro. Por supuesto, este fenómeno se ve muy reducido cuando el muro es protegido, adicionalmente, por medio de revoques, pinturas, hidrófugos*, etc. Desde el punto de vista de la resistencia, no se presenta como factor crítico, siempre y cuando soporte la intemperie y sea estable con el tiempo.

(42)

ESCUELA DEARQU/TECTUÍA CAPITULO 2

Muros interiores.- O de división en donde las condiciones son las mínimas, pues se entiende que ni desde el punto de vista de cargas ni desde el hidráulico o térmico se van a presentar solicitaciones importantes. En estas condiciones merece un cuidado especial la uniformidad y estabilidad dimensional de las unidades, con el fin de reducir la cantidad de materiales de acabado y evitar la fisuración de los muros por separación de las unidades y el mortero.

PORTANTE:

La mampostería portante impone, adicionalmente a las características enunciadas anteriormente, la necesidad de una resistencia superior en los elementos, suficiente para transmitir las cargas a las que estará expuesta, o que tengan una resistencia tal que se diseñe la estructura para ella. Esto en cuanto a las unidades, pero como conjunto, aparece la participación del refuerzo, lo que le ha dado la dimensión que posee la mampostería en la actualidad, dentro de los sistemas estructurales. La presencia del refuerzo en la mampostería determinó su liberación, como sistema estructural, de las ataduras de las resistencias a la compresión, tracción y cortante. Se divide en:

No reforzada.- Hablamos de mampostería portante sin refuerzo a aquella mampostería que es capaz de resistir carga con el trabajo y esfuerzos únicamente de los materiales básicos que lo componen: mampuestos y morteros.

Reforzada.- La mampostería estructural reforzada ha hecho posible extender el concepto histórico de la mampostería a estructuras de paredes mucho más delgadas y de gran altura, y posee refuerzos interiores que le dan una gran resistencia y ventaja, pero que para el uso normalizado y artesanal está muy fuera del alcance.

(43)

impiden el paso del sonido y reducen el nivel de ruido. Los sistemas que se diseñan pueden ser elementos de carga: muros, pilas, columnas y pilastras, así como vigas, dinteles o arcos. Los sistemas constructivos que soportan carga son extremadamente baratos, aparte de que se pueden construir un piso por semana. Con mampostería se puede edificar virtualmente todo tipo de vivienda, locales comerciales, industriales, para oficinas, etc."1

2.2.1.2.-

Mampostería Estructural

Llamamos mampostería estructural a todos aquellos sistemas de mampostería cuyo cuerpo de composición tiene funciones estructurales, o sea a más de ser un elemento de división o separación de espacios tenga como objetivo adicional transportar hasta la cimentación las cargas generadas tanto por su propio peso como cargas de otros elementos como cubiertas, entrepisos, elementos ornamentales, etc. Todos los sistemas de mampostería pueden ser denominados estructurales, desde la mampostería simple hasta la confinada y reforzada, lo que entra en juego es cuan importante es el papel de los mampuestos y sus características de resistencia a efectos de carga.

"La construcción con mampuestos, ladrillos o bloques tiene un excelente comportamiento estructural, ya que resiste tanto cargas verticales como laterales. La resistencia y la rigidez inherentes a los sistemas de mampostería que soportan carga, limitan tanto el daño estructural como el daño no estructural, incluso en condiciones de carga extrema. El diseño estructural de la

mampostería se basa en el reglamento ACI 5302 o en los reglamentos de

construcción.4

'Las Dimensiones en Arquitectura. México. Ramsey y Sleeper. 2003. Pág 188.

2 _{American Concrete Institute. ACI 530. Building Code Requirements for Masonry Structures.}

(44)

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAPITULO 2 2.2.2.-

Recomendaciones generales de materiales para

mampostería de piedras artificiales.'

Los materiales utilizados en la fabricación de mamposterías de piedras artificiales (ladrillos o materiales cerámicos) deben cumplir las siguientes recomendaciones dadas por la UNAM:

Piezas.- Se consideran como piezas macizas aquellas que tengan en su sección transversal mas desfavorable un área neta de por lo menos el 75% del área total, y cuyas paredes no tengan espesores menores de 2cm. Se consideran piezas huecas a aquellas que tienen en su sección transversal más desfavorable un área neta de por lo menos 45% del área bruta; además el espesor de sus paredes exteriores no será menor que 1.5 cm.

Morteros.- Los morteros que se emplean en los elementos estructurales de mampostería deben cumplir los siguientes requisitos:

+ Su resistencia nominal en compresión será por lo menos de 40 Kg/cm2. + La relación volumétrica entre la arena y la suma de sus cementantes se

encontrará entre 2,25 y 3.

•. Se empleará la mínima cantidad de agua que dé como resultado un mortero trabajable.

2.2.3.-

Normas para ensayos de Mampostería.

Dentro de las normas que se aplicarán para la fabricación, curado, y ensayo de elementos de mamposterías propiamente dichas, como elementos compuestos están las siguientes normas:

ASTM C1314 (Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prism)

(45)

o ASTM E447 - 97 (Standard Test Method for Compressive Strength of

Laboratory Masonry Prisms).

• ASTM E519 - 02 (Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Masonry Assemblages)

• ASTM E518 - 03 (Standard Test Methods for Flexural Bond Strength of Masonry).

2.2.3.1.-

Ensayo de Muretes de mampostería (ASTM C1314)

Dentro de las normas internacionales ASTM (American Society for Testing and Materials) existe la norma C1314 con el título: Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prism, que hace referencia al

método para obtener el Esfuerzo a la Comprensión de Prismas de

Mampostería formados por tres o cuatro mampuestos unidos por mortero, muy diferente en forma y tamaño a lo que se está considerando como un elemento de mampostería o pared.

Fabricación:

4• Se debe fabricar un set de por lo menos 3 prismas para cada

combinación de materiales y edad que se vaya a ensayar.

+ La fabricación de los prismas debe ser con unidades de mampostería representativas de aquellas usadas en la construcción. Si las unidades tienen estrías o bordes que sobresalen 12.5 mm. o más desde la superficie de la unidad deben ser removidas con una sierra cortándolas al nivel de la superficie de la unidad.

+ Se debe elaborar cada prisma en una bolsa impermeable de manera que sea lo suficientemente grande para envolver y cerrar el prisma una vez fabricado, los mismos que deben ser fabricados en una superficie plana y nivelada.

(46)

ESCUELA DEARQUITECTURA CAPITULO 2 lo

Fig. 2.8. Colocación de Unidades en prismas. Fuente: Autor

•. Fabricar los prismas con el mortero representativo al usado en la construcción; así como el espesor de las juntas, el método de posición y alineamiento de unidades.

+ Fabricar prismas de un mínimo de 2 unidades de alto con una relación altura - espesor hp / t entre 1 .3 y 5.0

•. Inmediatamente de la construcción del prisma, sellar la bolsa impermeable ajustada alrededor del prisma.

Curado:

Después de las iniciales 48 horas de curado, mantener el prisma enfundado en un área a una temperatura de 24 ± 8° C. Dos días antes de la prueba, remover las bolsas y continuar a la temperatura de 24 ± 8° C.

Preparación para la prueba:

(47)

Fig. 2.9. Localización de las medidas del Prisma Fuente: Autor.

Procedimiento:

Instalar el prisma en la máquina de prueba. Limpiar la superficie de apoyo de la placa y el espécimen. Ubicar el espécimen sobre la placa, en la parte baja. Alinear ambos ejes centroidales del espécimen y de las placas de la máquina. En la primera mitad de la prueba se puede aplicar una carga rápida. Aplicar el resto de la carga a una velocidad uniforme, en no menos de 1 ni más de 2 minutos. Describir el modo de falla lo mejor posible, o ¡lustrar los patrones de rotura en una fotografía o dibujo.

Cálculo:

Determinar el área neta de la sección transversal, multiplicando la longitud por el ancho, las cuales corresponden al área neta de la sección transversal de una unidad de mampostería.

Esfuerzo en prismas de mampostería.- Calcular el esfuerzo en cada prisma,

dividiendo la máxima carga de compresión obtenida para el área neta de la sección transversal del prisma.

(48)

1 UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

esfuerzo en el prisma por su respectivo factor de corrección. Calcular el esfuerzo a la compresión de la mampostería f de cada muestra promediando los valores obtenidos.

Tabla 2.2. Factores de correlación de h/t para esfuerzo a la compresión de mampostería. Fuente: Norma ASTM C - 1314

2.2.3.2- Ensayo para la determinación de la Resistencia a la

Compresión de prismas de Mampostería

La norma

ASTM E447 - 97

(Standard Test Method for Compressive

Strength of Masonry Prism) nos da parámetros generales y específicos de la fabricación, curado y ensayo a compresión de prismas de mampostería fabricados en laboratorio.

Especimenes:

•. Con anterioridad se debe ensayar tanto las unidades de mampostería como los morteros utilizados.

•. Se debe fabricar un set de mínimo 3 modelos para cada combinación de materiales y edades a ensayar.

•. La fabricación se realizará bajo condiciones similares a las de obra, en lo que respecta a uso de materiales y dimensiones en juntas de mortero y unidades de mampostería.

•. El curado del elemento será de mínimo 28 días a una temperatura de 24 +- 8 °C, y una humedad entre el 30 y 70%.

Procedimiento:

(49)

/ ESCUELA DEARQU/TECTURA CAPITULO 2

•. Determinar las medidas del espécimen: altura, espesor y longitud promediando tres medidas de cada una.

•. Colocar el espécimen sobre los bloques de carga alineándolo en todos los ejes.

+ Aplicar la carga; en la primera mitad del ensayo se puede dar carga rápidamente, para en la segunda controlarla hasta la rotura del mismo. El ensayo debe durar como máximo 2 minutos

•. Observar el modo de falta del elemento

Cálculo:

•• La resistencia a la compresión de la mampostería se calcula dividiendo la carga máxima para el área de sección neta del espécimen.

•• Describir profundamente el modo de falla de cada uno de los modelos. + Se debe anotar los siguientes datos: edad, tipos de materiales,

dimensiones y cualquier otra propiedad que sea importante.

(50)

ESCUELA DEARQU/TECTURA CAP/rULO 2 lo

2.2.3.3.-

Ensayo para la determinación de la tensión diagonal en

Mampostería (ASTM E519 —02)

La norma ASTM E519 - 02 (Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Masonry Assemblages) da parámetros generales acerca de el ensayo de tensión diagonal de un prisma de mampostería donde la carga es aplicada en una forma diagonal y la falla se produce en este sentido.

Especimenes:

+ Los especimenes tendrán una medida representativa a la de la mampostería real (1.20m*1.20m.) y será fabricado con los mismos materiales, que los utilizados en la construcción.

+ Se fabricarán un set de al menos 3 modelos para cada combinación de prueba, materiales, forma y edad.

+ Después de la fabricación el modelo no debe ser movido durante 7 días y su curado será en 28 días en las siguientes condiciones de laboratorio: una temperatura de 24 +— 8 oc, y una humedad entre el 25 y 70%.

+ Es necesario que con anterioridad se hayan realizado las pruebas respectivas con lo que respecta a unidades de mampostería (ladrillos) y pastas de unión (morteros) utilizados en la fabricación de los especimenes.

Procedimiento:

•• colocar los pies de carga especialmente fabricados para esta prueba que estarán en contacto directo con el modelo; y centrar los mismos. + Sentar el espécimen de forma vertical y centrada sobre los pies de carga

que contiene la almohadilla de capping.

+ La aplicación de carga puede ser máxima en la primera mitad del ensayo, para en la segunda mitad ser constante.

+ El ensayo debe durar

1

_{minuto como mínimo y 2 minutos como máximo.}

(51)

lo

La tensión diagonal de cada unidad de mampostería se calcula de la siguiente manera:

0.707 P A

Donde:

Ss Tensión Diagonal en área neta (kg/cm2), P = Carga Aplicada, (kg.)

An Área neta del espécimen, mm 2, calculada como sigue:

A _{= ( 2}W+h _{) tn}

Donde:

W = ancho del espécimen, mm. h = alto del espécimen, mm.

t = total espesor del espécimen, mm. Y

n = porcentaje del área del espesor de la unidad que es sólida, expresada en decimal.

(52)

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ESCUELA DEARQUITECTURA CAPÍTULO 2 2.2.3.4.-

Ensayo de Flexión en Mampostería (ASTM E518 - 03)

El método de prueba ASTM E518 (Standard Test Methods for Flexura¡ Bond Strength of Masonry) permite determinar la fuerza de unión a flexión de elementos de mampostería sin refuerzo alguno, para lo cual existen dos métodos:

Método A: Apoyo simple de la viga con tres puntos de Carga

P Loild _Beam

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Fig. 2.12. Método A. Fuente: ASTM E518 - 03

Método B: Apoyo simple de la viga con carga uniformemente distribuida.

(53)

ESCUELA OEARQU/TECTUA CAPÍTULO 2

Especimenes:

•. Previamente se debe realizar las pruebas correspondientes para conocer las características tanto de las unidades de mampostería (Ladrillos) como de la pasta de unión (Mortero)

+ Fabricar un set de al menos 5 prismas a ensayarse para cada combinación de materiales, edad y tamaño; los mismos que deben ser al menos de 460mm de alto con juntas de 10 +- 1.5 mm.

+ El número de mampuestos puede ser: 4, 7, 10, 13 o 16 dependiendo de la altura del ladrillo de manera que puedan ser colocados los puntos de carga en el método A.

•. Los materiales utilizados para la fabricación deben ser similares a los de la práctica.

Fig. 2.14. Fabricación de prismas para ensayo a flexión Fuente: ASTM 518 - 03

Condiciones de Curado y fabricación:

(54)

ESCUELA DEA RQUITECTURA CA P/nILO 2

•. Los modelos se deben construir en un lugar donde no perturben ninguna otra actividad con la finalidad de que no sean removidos de su lugar de fabricación.

Procedimiento:

• Colocar el espécimen horizontalmente sobre los soportes como si fuera una viga simplemente apoyada.

•. Si el contacto no es uniforme entre el espécimen y los soportes de aplicación de carga se debe usar algún material de capping o compresible para así obtener un contacto uniforme.

•. Aplicar la carga de una manera uniforme y constante hasta la rotura del elemento.

+ El ensayo debe durar no menos de 1 minuto ni más de 3 minutos.

•• Anotar tanto la máxima carga en el momento de la fractura como el tipo de falla del elemento.

Calculo:

Para la prueba por el Método A:

(P + 0.75 P)_i

R _bd2

Donde:

R = Módulo de ruptura de área bruta MPa O Kg/cm2

P = Máxima Carga aplicada indicada por el equipo de prueba. (N, kg, lbf) P = Peso del espécimen, N (lbf, kg)

= longitud entre apoyos inferiores mm. b = promedio de ancho del espécimen, mm. d = promedio de largo del espécimen, mm.

Para la prueba por el Método B:

R = 0.75(P+P)j bd2