LOS CAMBIOS MÁS IMPORTANTES EN LAS NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA DEL DISTRITO FEDERAL

LOS CAMBIOS MÁS IMPORTANTES EN LAS NORMAS TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA

DEL DISTRITO FEDERAL

Sergio M. Alcocer ¹, J. Cesín ^2,3, L.E. Flores ^2,4, O. Hernández ^2,5, R. Meli ^2,6, A. Tena ^2,7 y D. Vasconcelos ^2,8

RESUMEN

Se presentan los cambios más significativos a las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería del Distrito Federal. Los cambios se basan en programas experimentales, analíticos y en observaciones de campo realizadas en México y en otros países. Durante el proceso de revisión, se hizo énfasis en clarificar las especificaciones de modo que se incluyeron figuras. Se hizo una modificación de índole editorial. La contribución del refuerzo horizontal y de las mallas electro soldadas a la resistencia a cortante es ahora explicita y calculable. Se incluyen nuevas especificaciones para asegurar la calidad, detallado e inspección, y para la evaluación y rehabilitación de estructuras existentes. Se incluyó un nuevo criterio de aceptación para construcciones de mampostería distintas de las aceptadas en el reglamento de diseño y empleada para trasmitir fuerzas inducidas por sismos.

ABSTRACT

Most significant modifications to the Mexico City Building Code Requirements for Masonry Structures are discussed. Changes are largely based on analytical and experimental research programs, and field observations conducted in Mexico. During the revision process, emphasis was given to simplify and clarify the requirements; figures were added. A major editorial overhaul of the standards was undertaken. The contribution of horizontal reinforcement and steel welded wire meshes to wall shear strength is now explicit and quantifiable. New requirements for detailing, inspection and quality assurance, and for evaluation and rehabilitation of existing structures are included. A new acceptance criterion for masonry systems different from those accepted in the design standards, and to be subjected to earthquake-induced forces, was included.

INTRODUCCIÓN

Los reglamentos de construcción en México deberían ser, en principio, elaboradosditados por cada municipio.

Debido a que existen alrededor de 2400 municipios en el país, el número potencial de reglamentos sería inmenso. Sin embargo, debido a limitaciones técnicas y económicas, sólo pocos municipios cuentan con su propio reglamento. Entre otros, el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (RDF) es el más completo y avanzado, el cual es empleado como modelo en la mayoría de las regiones del país. El RDF se

1 Presidente del comité revisor de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería. Instituto de Ingeniería, UNAM, Circuito Escolar, 04510, D.F. México, [email protected]

2 Miembro del comité revisor de las NTC-M.

3 Consultor privado, Av. Nuevo León 86, 06170, D.F. México.

4 Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED).

5 Consultor privado, Dakota 45-605 A, Coyoacán, 04040, D.F. México.

6 Profesor investigador, Instituto de Ingeniería, UNAM; 04510, D.F., México.

7 Profesor del Departamento de Materiales, Universidad Autónoma Metropolitana, Av. San Pablo 180, Edif.

H, 3^er Piso, 02200, D.F., México.

8 Consultor privado, Corceles 64, 03020, D.F., México.

compone de un grupo de normas técnicas con diferentes tipos de cargas (viento y sismo) y sistemas estructurales y materiales (mampostería, concreto, acero, madera, cimentaciones).

Como parte de la revisión del RDF en 2002, las normas técnicas para diseño y construcción de estructuras de mampostería (NTC-M) fueron actualizadas. Estos cambios son importantes porque alrededor del 70% de las construcciones en México son hechas con muros de mampostería. Los muros son comúnmente empleados como elementos para trasmitir tanto la carga vertical como lateral. Los muros de mampostería son ampliamente utilizados como muros diafragma en estructuras de marcos de concreto reforzado o acero.

Comúnmente, la mampostería es empleada para vivienda, especialmente en vivienda de bajo costo.

Las recomendaciones para mampostería basadas en esfuerzos permisibles fueron incluidas en la primera versión del RDF en 1942. En 1976, en el RDF se adoptó un formato de estado límite de diseño. Este formato incluía resistencias y rigideces de diseño de materiales que fueron obtenidas de amplios estudios experimentales realizados en la época. Después del sismo de 1985, las NTC-M fueron revisadas y actualizadas. Los factores de reducción de resistencia fueron sensiblemente incrementados para reflejar el excelente comportamiento de estructuras de mampostería bien diseñadas y construidas, así como para contrarrestar el aumento en el coeficiente de diseño sísmico adoptado en el reglamento.

En los años recientes, profesionales del diseño y construcción, productores de materiales así como académicos, han manifestado sus comentarios acerca de la compleja organización de las NTC-M, la ambigüedad de algunas recomendaciones, y la falta de guías en ciertos casos. Para simplificar y clarificar las NTC-M, se realizó una adecuación editorial y se incluyó un amplio número de figuras. Con las figuras, se intentan ilustrar importantes conceptos o especificaciones que fueron consideradas como origen de confusión.

También, se consideraron resultados de investigaciones analíticas y experimentales recientes así como observaciones de campo sobre el comportamiento de la mampostería, especialmente en México. El objetivo de este artículo es presentar los cambios más significantes realizados en la última versión de las NTC-M (2004).

MATERIALES EN LAS NTC-M 2004 MORTERO Y PIEZAS DE MAMPOSTERÍA

Se permite mampostería de piezas sólidas o huecas, de producción artesanal o industrializada. Las piezas más comúnmente usadas son las sólidas de arcilla artesanales, las perforadas de arcilla industrializadas (con dos celdas y multiperforadas) y las de concreto perforadas semi-industrializadas.

En la última década, las piezas de arcilla multiperforadas industrializadas han tenido buena aceptación en las viviendas de bajo costo, particularmente por su costo (Alcocer 1999). Las piezas son comúnmente empleadas en combinación con piezas perforadas de dos celdas. Se ha observado en campo y ensayes, que el modo de falla bajo grandes desplazamientos laterales cíclicos es muy frágil y se caracteriza por el aplastamiento repentino de sus elementos de borde. Para evitar este tipo de falla, las NTC-M limitan el espesor mínimo del elemento de borde a 15 mm, y el área neta mínima al 50%. También, sólo se permiten piezas con perforaciones verticales para fines estructurales. El objetivo de las recomendaciones es evitar fallas catastróficas en muros de mampostería como las presentadas por sismos en 1999 en Colombia y Turquía (EERI, 2003, 2000).

El mortero de las juntas debe ser proporcionado en volumen y debe tener cemento portland. Para propósitos estructurales, se recomiendan tres tipos de morteros (Cemento:Cal:Arena): Tipo I (1 : 0 a ¼ : A) con resistencia medida en cubos de fj* ≥ 125 kg/cm²; Tipo II (1 : ¼ a ½ : A) con fj* ≥ 75 kg/cm², y Tipo III (1 : ½ a 1¼ : A), donde fj* ≥ 40 kg/cm². En todos los casos, se debe emplear cemento portland y el volumen de arena A debe ser entre 2.25 y 3 veces la suma en volumen del cemento portland y el limo.

Propiedades Mecánicas

A diferencia de otros reglamentos de construcción, las propiedades de diseño de los materiales adoptada en el RDF corresponde al fractil 98. La razón de emplear este valor es la alta variación de las propiedades de los

materiales, así como el relajamiento de los procedimientos de control de calidad en la industria de la construcción mexicana. En las NTC-M 2004 se consideran tres tipos de resistencia de diseño: con base en la resistencia a compresión de la pieza, fp*; con base en la resistencia a compresión axial de pilas de mampostería, fm*; y con base en la resistencia a compresión diagonal de la mampostería, vm*. Esta última es considerada como un indicador de la resistencia a cortante de la mampostería.

Para determinar las propiedades de diseño a compresión axial y cortante, (i.e. resistencias y rigideces), las NTC-M permiten ensayes de laboratorio de prismas de mampostería a compresión axial y de muros de mampostería a compresión diagonal. Con esta modalidad, cualquier propiedad de diseño de los materiales, zm*, debe ser calculada de la ec. 1, donde z y cm z son el valor promedio y el coeficiente de variación, respectivamente, de las propiedades del material en consideración. En los casos donde no se realizan ensayes de laboratorio, tales como la autoconstrucción, pueden ser empleadas las resistencias de diseño recomendadas en la tabla 1.

z m

m c

z z

5 . 2

* 1

= + (1)

Tabla 1 Propiedades de Diseño Recomendadas para Resistencias a Compresión Axial y Compresión Diagonal, kg/cm²

fp* fm* vm* (≤0.25

f

*

Tipo de pieza – – – Mortero I Mortero II Mortero III Mortero I Mortero II y III

Sólida de arcilla (artesanal) 60 15 15 15 3.5 3.0

Hueca de arcilla (industrializada) 100 40 40 30 3.0 2.0

Hueca de concreto (semi-industrializada) 60 20 15 15 3.5 2.5

Sólida de concreto 100 20 15 15 3.0 2.0

ESPECIFICACIONES GENERALES PARA ANÁLISIS Y DISEÑO ESPECIFICACIONES PARA ANÁLISIS

Las NTC-M se han organizado de acuerdo con el tipo de carga para el cual es analizado y diseñado el muro.

(i.e. vertical, lateral). Las especificaciones generales de análisis y diseño fueron separadas en diferentes capítulos. Para facilitar el uso y entendimiento, las especificaciones para análisis por carga vertical y lateral fueron integradas en el mismo capítulo. Los factores de reducción de resistencia y las recomendaciones para diseño y detallado fueron incluidas en este capítulo.

En las versiones previas de las NTC-M se favoreció el uso del método simplificado de análisis para distribuir la carga lateral inducida por el sismo entre los muros. Este método es permitido para construcciones simétricas de altura moderada. De acuerdo con las NTC-M, se espera que las construcciones sean “muy simétricas” para que los efectos por torsión dinámica no se consideren. Adicionalmente, las construcciones deben ser cuadradas para que las demandas de flexión en los muros sean pequeñas y la distribución de la fuerza cortante de entrepiso pueda obtenerse con la rigidez elástica relativa de flexión y cortante.

Regularmente, este método es válido para construcciones de hasta cinco pisos.

En las NTC-M 2004, el método fue mejorado para evaluar la especificación “muy simétrica”. Se ha observado en la práctica que tales términos ambiguos conducen a diferentes interpretaciones. La norma ahora permite este método cuando la excentricidad a torsión del entrepiso (i.e. distancia entre el centro de cortante y el centro de rotación de entrepiso) no exceda de 0.1 veces la anchura de la estructura perpendicular a la dirección de análisis.

En años recientes, la mayoría de las construcciones no cumplía completamente con las recomendaciones para aplicar el método simplificado de análisis. Comúnmente, las construcciones no son simétricas en planta, no

presentan una distribución uniforme de masa y rigidez a lo largo de la altura, y más a menudo, la altura es mayor que 13 m. Debido a esto, se incorporaron las guías de especificación.

Para diseño sísmico, en las NTC-M 2004 se requiere un análisis lateral estático equivalente y/o un análisis modal. En estos análisis, se deben considerar las rigideces a cortante y flexión de los muros. En los muros de carga, las propiedades de sección agrietada por cortante siempre se deben considerar. Para flexión y axial, las propiedades agrietadas se deben incluir sólo cuando sean de esperarse en el muro deformaciones de tensión neta vertical.

Los muros de mampostería tienen comúnmente aberturas de puertas y ventanas formándose de esta forma parapetos y dinteles. Estos elementos poseen rigidez para modificar las deformaciones del muro. Por tanto, se debe considerar la restricción a las deformaciones de los dinteles, losas y parapetos. En las NTC-M 2004 se presentan sugerencias para considerar en el análisis el ancho efectivo de las losas.

Para facilitar la modelación de los muros, se permite la analogía de la columna ancha (Schwaighofer 1969;

Bazán 1998). En este método, los muros son modelados como columnas localizadas a la mitad de la longitud del muro. Las propiedades mecánicas de los muros son asignadas a estas columnas ficticias y los segmentos de vigas dentro de la longitud del muro se consideran rígidos (Fig. 1). Para una estimación más exacta de la rigidez lateral de la estructura, en el modelo numérico se debe incorporar la contribución de los muros transversales. En las NTC-M 2004 se dan recomendaciones para considerar el ancho efectivo del patín de compresión (Fig. 1).

Para muros con una distribución compleja de las aberturas, se pueden emplear métodos de análisis más complejos, como el elemento finito, o métodos basados en campos de esfuerzos y reglas de teoría de plasticidad como el modelo de puntales y tensores.

Como se mencionó, los muros diafragma son ampliamente utilizados en marcos de acero o concreto reforzado. En algunas ocasiones, los muros se construyen a tope con los elementos de los marcos; en estos casos, la contribución a la rigidez lateral y capacidad de disipación energía de los muros debe ser considerada.

En las NTC-M, se permite que los muros diafragma se modelen como puntales diagonales con propiedades equivalentes a muros bajo cargas laterales o como elementos panel conectados en los nudos de los marcos.

Distorsiones Laterales Inelásticas Permisibles

En versiones previas de las NTC-M no se requería revisar los desplazamientos laterales de los muros de carga bajo el sismo de diseño. En el cuerpo principal del RDF y en las Normas Técnicas Complementarias para Diseño Por Sismo se tenía la recomendación poco clara de limitar la distorsión de entrepiso para muros diafragma a 0.006. En la práctica, los ingenieros a menudo malinterpretaban tal límite y lo aplicaban a todos los sistemas constructivos de muros de mampostería, particularmente a muros de carga. En este sentido, los límites de deformación lateral fueron ajustados y pueden ser aplicados al método simplificado de análisis discutido anteriormente; específicamente, una hipótesis del método es que la rigidez total de los muros en cada dirección es bastante grande; de esta forma, los desplazamientos laterales son pequeños para ser revisados.

En las NTC-M 2004, para estructuras analizadas con métodos distintos al simplificado, las distorsiones de entrepiso inelásticas deben ser revisadas. Se considera que las distorsiones de entrepiso calculadas son una estimación conservadora de las deformaciones de entrepiso en el intervalo inelástico de comportamiento.

Estas son calculadas multiplicando las distorsiones (elásticas), obtenidas del análisis de fuerzas laterales reducidas, por el factor de comportamiento sísmico Q. El factor de comportamiento sísmico Q es análogo al factor Rw empleado en el Reglamento Internacional de Construcciones (2000), y se utiliza para representar la capacidad de deformación y de disipación de energía de un sistema estructural. Los factores Q son: 2 para muros de mampostería confinada construidos con piezas sólidas o multiperforadas con refuerzo horizontal y elementos de borde; 1 para mampostería simple sin refuerzo; y 1.5 para otros casos.

Las distorsiones inelásticas permitidas fueron derivadas de resultados experimentales (Fig. 2). El límite permitido se considera consistente con un nivel de daño moderado, generalmente aceptado en México para un

comportamiento deseable de viviendas bajo el sismo de diseño. Las distorsiones laterales inelásticas permisibles son las siguientes:

• 0.006 para muros diafragma;

• 0.0035 para muros de carga de mampostería confinada construidos con piezas sólidas y con refuerzo horizontal en las juntas de mortero o encamisados de mallas de acero electrosoldado;

• 0.0025 para muros de carga de mampostería confinada construidos con piezas sólidas, o con piezas perforadas con refuerzo horizontal, o con piezas perforadas encamisando los muros con mallas de acero electrosoldado.

• 0.002 para muros de carga de mampostería reforzada interiormente;

• 0.0015 para muros de carga de mampostería que no cumplan con las especificaciones para mampostería confinada ni reforzada interiormente.

columnas ubicadas en el centro del muro y con las propiedades del mismo vigas con extremos rígidos dentro del ancho del muro

dirección del análisis

PLANTA t

≤ 6t ≤ 6t

≤ 6t t

Figura 1 Modelo Analítico para Muros (Analogía de la Columna Ancha)

Recomendaciones de Diseño

Como se mencionó anteriormente, las recomendaciones generales de diseño se agruparon en un solo capítulo.

Por primera vez, se incluyeron especificaciones para el detallado de elementos estructurales. Estas son similares a las recomendaciones del Reglamento de Construcciones para Estructuras de Mampostería (ACI 2002). En las NTC-M 2004 se indica explícitamente que las estructuras de mampostería deben ser diseñadas por resistencia y durabilidad. De manera consistente con la filosofía de diseño del RDF, las estructuras deben cumplir con requerimientos de estados límites de servicio y resistencia. Para las consideraciones de diseño por durabilidad, en las NTC-M 2004 se requiere, por primera vez, que el detallado y diseño deban ser dados para que la vida útil de la estructura sea de 50 años.

0.02

agr

0 0

V / V

1.0 2.0

Distorsión, mm/mm 0.01

0.005 0.015

0.0035

1.0 2.0

Distorsión, mm/mm 0

0 0.005

1.0

0.01 0.015

0.0025 2.0

Distorsión, mm/mm 0

0 0.005 0.01

0.0025

a) b) c)

Figura 2 Distorsión Lateral Inelástica: a) Mampostería confinada con piezas sólidas y con refuerzo horizontal; b) Mampostería confinada con piezas sólidas; c) Mampostería confinada con piezas

perforadas y con refuerzo horizontal

MAMPOSTERÍA CONFINADA Y MAMPOSTERÍA REFORZADA INTERIORMENTE

La mampostería confinada es el sistema constructivo de mampostería más popular en la ciudad de México y en los estados. Desarrollada en Italia a inicios del siglo 20 para mejorar el comportamiento sísmico de estructuras de mampostería, llegó a ser popular en la ciudad de México en los años de cuarenta como un método para controlar el agrietamiento de los muros debido a los asentamientos diferenciales que se presentan en suelos blandos del área de la ciudad. En sismos posteriores se evidenció el excelente comportamiento de estructuras de mampostería confinada bien construidas. Desde entonces, los profesionales de diseño y construcción en México adoptaron el sistema. Como es de esperarse de un sistema que fue desarrollado en el sitio de la construcción y no mediante procesos racionales de investigación y ensaye, muchas de las recomendaciones de diseño y detallado son empíricas.

Los muros de mampostería son confinados vertical y horizontalmente con castillos y vigas respectivamente.

Los elementos de confinamiento tienen la intención de ligar el muro estructural con el sistema de piso y para mejorar las capacidades de deformación y disipación de energía. Cuando son diseñados y detallados propiamente, se puede cuantificar un incremento de la resistencia lateral.

En las NTC-M 2004, se orientaron los esfuerzos a clarificar y dar una estructura más racional de las recomendaciones de mampostería confinada. Las especificaciones relacionadas se concentraron en un capítulo. Para resolver interpretaciones erróneas de las normas, se incluyeron figuras como la 3a. En las NTC- M 2004 se requiere que los extremos de los castillos adyacentes a las aberturas sean reforzados transversalmente con separaciones pequeñas cuando la resistencia de diseño a compresión diagonal de la mampostería vm*, exceda de 6 kg/cm². Ensayes de laboratorio y observaciones de campo muestran que el agrietamiento diagonal de los muros para mampostería resistente, comúnmente penetra y corta el castillo de una manera repentina, comprometiendo la estabilidad de la estructura bajo cargas verticales.

refuerzo en el perímetro de aberturas

castillos en pretiles

separación de castillos separación de dalas

castillos en intersección de muros

4 m 1.5H

≤

dala en pretiles

≥ 500 mm

≤ 3 m

t≥ 100 mm

losa H

t ≤ 30

H

a) Especificaciones para Mampostería Confinada

separación ≤ 3 m sv

t

ventana

sv≤ ⁶t 800 mm

En los extremos de muros e intersecciones

t≥ 100 mm

sh

t

Ash

Asv

sv

H t ^{≤ 30}

PLANTA p _h≥ 0.0007

p _v≥ 0.0007

p + p _{h v}≥ 0.002

p = ; h

Ash

s th

p = v

Asv

s tv

Dos celdas reforzadas consecutivas

b) Especificaciones para Mampostería Reforzada Interiormente

Figura 3 a) Especificaciones para Mampostería Confinada; b) Especificaciones para Mampostería Reforzada Interiormente

MAMPOSTERÍA REFORZADA INTERIORMENTE

En México, la mampostería reforzada interiormente es diferente de los sistemas de mampostería reforzada desarrollada en otros países como Estados Unidos, Nueva Zelanda y Japón. En estos países, se rellenan con mortero todas las celdas de las piezas perforadas. En contraste, en México, sólo se rellenan las piezas que tienen refuerzo vertical en la altura del muro; por lo tanto, un gran número de celdas quedan vacías. Debido a la relativamente baja demanda de este sistema, las piezas especiales para colocar refuerzo horizontal y vertical no se encuentran fácilmente en el mercado. El refuerzo horizontal se compone de alambres de acero estirado en frío que se colocan en las juntas de mortero. El esfuerzo de fluencia de este refuerzo comúnmente varía entre 5000 y 6000 kg/cm². De manera similar a la mampostería confinada, se incluyeron figuras para facilitar las interpretaciones (Fig. 3b).

Resistencia a Cortante de Muros

Una mejora significativa en las NTC-M 2004 es el cálculo explícito de la contribución del refuerzo horizontal a la resistencia a cortante. Esta nueva especificación es aplicable tanto a la mampostería reforzada interiormente como a la mampostería confinada. Al respecto, “el refuerzo horizontal” se refiere a barras de acero colocadas en las juntas de mortero y ancladas en los extremos del muro o en los castillos intermedios.

También se refiere a mallas de acero electrosoldado ancladas a la mampostería y cubiertas con mortero a base de cemento. La posible contribución de la escalerilla a la resistencia a cortante del muro es explícitamente excluida debido a que el modo de falla bajo carga cíclica es indeseablemente frágil (Alcocer 1995, 1996a).

Para estimar el cortante de diseño se adoptó una propuesta similar a la empleada en estructuras de concreto.

La contribución de la mampostería a la resistencia a cortante se calcula con la ec. 2, en donde FR es el factor de reducción de resistencia, AT es el área transversal del muro, y P es la carga vertical actuando en el muro.

Con esta ecuación se intenta predecir la fuerza cortante al primer agrietamiento diagonal, y fue calibrada de resultados experimentales (Aguilar 1996, Alcocer 1996b, 1999).

VmR= FR(0.5 vm* AT+ 0.3 P ) ≤ 1.5 FRvm* AT (2) La contribución del refuerzo horizontal a la resistencia a cortante se obtiene de la ec. 3, en donde η es un factor de eficiencia, ph es la cuantía de refuerzo horizontal, y fyh el esfuerzo especificado de fluencia del refuerzo horizontal.

VsR = FR η ph fyh AT (3)

El factor de eficiencia del refuerzo horizontal cuando contribuye a la resistencia a cortante del muro, η, fue obtenido de datos experimentales (Aguilar 1996, Alcocer 1996b, 1999) (Fig. 4). Este factor es asociado a la cuantía de refuerzo horizontal que alcanzó deformaciones plásticas en un nivel de distorsión dado. En los ensayes, se registraron grandes deformaciones del refuerzo horizontal cerca del centro del muro, mientras que en los bordes del agrietamiento diagonal, las deformaciones fueron comúnmente muy pequeñas (Fig. 4a). El factor η adoptado corresponde a los registros de distorsiones laterales inelásticas permisibles discutidos con anterioridad. El límite superior del porcentaje de refuerzo horizontal indicado en la Fig. 4, se relaciona con la resistencia al aplastamiento de la mampostería. El límite inferior corresponde al porcentaje de refuerzo horizontal necesario para mantener la resistencia al primer agrietamiento diagonal.

MUROS DIAFRAGMA Y MAMPOSTERÍA NO CONFINADA NI REFORZADA

Su incluyeron pocos cambios para el diseño de muros diafragma. Con el objeto de prevenir una falla por cortante en las esquinas de las columnas, y siguiendo un metodo de diseño por capacidad, se requiere que cada columna sea detallada y diseñada para resistir una fuerza cortante igual a la mita de la craga lateral tomada por el diafragma (Esteva 1966). La contribución del muro a la carga lateral se calcula con la ec. 4.

VmR = FR (0.85 vm* AT ) (4)

En las NTC-M 2004, se refiere a las estructuras de mampostería no reforzada como aquellas que no cumplen con las especificaciones para ser clasificadas como mampostería confinada o mampostería reforzada interiormente. En recientes sismos se ha tenido evidencia de la alta vulnerabilidad sísmica en construcciones de mampostería no reforzada (Alcocer 2001; López 2001). Para desalentar el uso de mampostería no reforzada, ahora se requiere refuerzo por integridad estructural. Este se coloca verticalmente en las intersecciones de muros a cada 4 m, y horizontalmente en la parte superior de los muros. El porcentaje de refuerzo por integridad es, en términos generales, dos terceras partes de las requeridas para estructuras de mampostería confinada.

Factor de eficiencia experimental:

T yh h

i s sh

A f p

f A

∑

= η

Ash área del refuerzo horizontal

fsi esfuerzo del refuerzo horizontal (experimental)

(Alcocer 1996b y 1999)

N4

M4

Confinada, piezas macizas, malla y mortero Confinada, piezas macizas, refuerzo horizontal

Confinada, piezas huecas, refuerzo horizontal Escalerilla (no permitido)

Eficienciaη, %

Limites NTC-M 2004:

NTC-M 2004

0 0.2

20

0 40

0.3 MPa

V

T R

mR

F A

yh

≤ p f ≤h 0.6

WBW-E

0.4 1.0

M1

0.8 100

3D-R 80

60

WBW-B

M-072 N3 N2

M3

M-147

p f , MPa_{h yh}

1.2 MPa, piezas sólidas 0.9 MPa, piezas huecas 0.3 f *m

1.4

1.2 1.6 1.8

M-211

Figura 4 Factor de eficiencia del refuerzo horizontal para la contribución a la resistencia a cortante del muro

ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN, INSPECCIÓN Y CONTROL DE OBRA

El objetivo de las NTC-M 2004 es mejorar la calidad de la construcción mediante sus especificaciones, inspección y programas de control de obra. Se incluye una lista muy amplia de puntos que deben ser especificados en los planos estructurales, y que deben ser revisados en campo. Las especificaciones cubren desde especificaciones de materiales y propiedades mecánicas hasta detalles del refuerzo (Fig. 5), tolerancias constructivas y métodos aprobados de construcción.

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL Y REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS EXISTENTES Se incluyen requisitos para la evaluación estructural y rehabilitación de estructuras de mampostería existentes.

Aunque el comportamiento de estructuras de mampostería en México ha sido aceptable, especialmente durante sismos severos, se decidió incluir este tema debido a que las NTC-M son usadas como un modelo en México. Esta decisión fue también inspirada en el vasto número de estructuras auto-construidas en áreas urbanas. Dependiendo del tipo de elemento afectado, el daño es dividido en estructural y no estructural. El daño estructural de elementos se clasifica en uno de cinco niveles, dependiendo de su efecto en el comportamiento. En las NTC-M se requiere la consideración del daño en el comportamiento de la estructura.

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Strain, %

cycle ± 1 cycle ± 3 cycle ± 5 cycle ± 7 cycle ± 9 cycle ± 11 cycle ± 13 cycle ± 15 cycle ± 16 E

+

Diagonal D1

0 0.1

0.2 0.3

0.4 0.5 W

Strain , % ε^y Dia

gona l D2 ε_y

A ≥ ^0.2 en tres o más barras

celdas rellenas con concreto

f '≥ 12.5 MPa (125 kg/cm²) tres o más barras

PLANTA piezas del

muro

piezas del muro

t

t

c

h_c

Concreto:

f ' ≥ 15 MPa (150 kg/cm²)

muro

estribo cerrado c

t

s

castillo

castillo interior

≥ t h _c≥ t

≥ t

estribo

200 mm 1.5 t

≥ 100 cm

s ≤ ^{200 mm} 1.5 t

dala

castillo

s ≤ h_c ≥ t

ELEVACIÓN

f ' f

c y

t²

estribo

pieza pieza

dala

t

≥ 100 cm

t

A _sc ≥^{10 000} s f hy c pieza

t

Figura 5 Especificaciones de detallados para castillos y vigas

EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERÍA PARA DISEÑO SÍSMICO

En años recientes, varios sistemas de mampostería distintos a los considerados explícitamente en las NTC-M han sido desarrollados y adoptados en otros estados, y han sido propuestos para ser empleados en regiones de alto peligro sísmico. Sin embargo, no existía un criterio único para asegurar su validez técnica y nivel de seguridad, así, aparecen conflictos y dudas sobre su uso. Para superar este problema, se desarrolló un criterio de aceptación. El criterio se basa en un método similar, recientemente publicado para estructuras de marcos de concreto prefabricado (ACI 2001). El criterio de aceptación tiene origen en la evidencia experimental de las características estructurales más importantes; a saber, resistencia lateral, pérdida de rigidez, capacidad de disipación de energía y capacidad de deformación de los muros. En las NTC-M 2004, claramente se define el protocolo experimental que se debe seguir (i.e. historia de carga, instrumentación, lectura de datos, etc.). Los resultados experimentales de muros de mampostería confinada construidos con piezas artesanales fueron utilizados como marco de referencia para establecer el criterio.

CONCLUSIONES

Se han presentado las modificaciones más importantes a las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería del DF. La mayoría de los cambios se basa en programas analíticos y experimentales y en observaciones de campo realizadas en México, particularmente en mampostería confinada y mampostería reforzada interiormente. Se ha puesto énfasis en la simplificación y clarificación de las especificaciones, así como en la incorporación del estado actual del conocimiento. Se incluyó un amplio número de figuras. La contribución del refuerzo horizontal y de las mallas de acero electrosoldada a la resistencia a cortante del muro es ahora explicita y calculable. Se incluyeron nuevas especificaciones para detallado, inspección y control de obra, y para evaluación y rehabilitación de estructuras existentes. Se desarrolló un nuevo criterio de aceptación para sistemas de mampostería sujetas a fuerzas inducidas por sismos.

AGRADECIMIENTOS

Se agradece al Gobierno del Distrito Federal por apoyar financieramente la revisión de las NTC-M.

REFERENCIAS

ACI (2001), American Concrete Institute, “Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing”, ITG1.1, 10 pp.

ACI (2002), Joint ACI-ASCE-TMS Committee 530, “Building Code Requirements for Masonry Structures”, 147 pp.

Aguilar, G., R. Meli, Diaz, R. Vazquez-del-Mercado (1996), “Influence of Horizontal Reinforcement on the Behavior of Confined Masonry Walls”, Memorias de la Eleventh World Conference on Earthquake Engineering, Elsevier, Acapulco, Mexico, Junio, art. no. 1380.

Alcocer S.M. and R. Meli (1995), “Test Program on the Seismic Behavior of Confined Masonry Structures”, The Masonry Society Journal, The Masonry Society, vol. 13, no. 2, Feb., pp. 68-76.

Alcocer S.M. (1996a), “Implications Derived from Recent Research in Mexico on Confined Masonry Structures”, Memorias, CCMS Symposium, American Society of Civil Engineers, Chicago, April 1996, pp. 82- 92.

Alcocer S.M., J.A. Pineda J.A., J. Ruiz, and J.A. Zepeda (1996b), “Retrofitting of Confined Masonry Walls with Welded Wire Mesh”, Memorias de la Eleventh World Conference on Earthquake Engineering, Elsevier, Acapulco, Mexico, Junio, paper no. 1471.

Alcocer S.M. and J.A. Zepeda (1999), “Behavior of Multi-Perforated Clay Brick Walls under Earthquake-Type Loading”, Memorias de la Eighth North American Masonry Conference, Austin, Texas, Junio.

Alcocer S.M., G. Aguilar, L. Flores, D. Bitrán, R. Durán, O.A. López, M.A. Pacheco, C. Reyes, C.M. Uribe, and M.J. Mendoza (2001), “El sismo del 15 de junio de 1999, Tehuacán”, Centro Nacional de Prevención de Desastres (SEGOB), ISBN 970-628-601-2, Dic., 198 pp.

Bazán E., and R. Meli (1998), “Diseño sísmico de edificios”, Limusa-Noriega, México, D.F., 317 pp.

EERI (2000), Earthquake Engineering Research Institute “Kocaeli, Turkey, Earthquake of August 17, 1999 Reconnaissance Report”, Oakland, California, December, 461 pp.

EERI (2003), Earthquake Engineering Research Center “The Quindío, Colombia, Earthquake of January 25, 1999”, www.eeri.org (January 20, 2003).

Esteva L. (1966), “Behavior under Alternating Loads of Masonry Diaphragms Framed by Reinforced Concrete Members”, International Symposium on the Effects of Repeated Loading of Materials and Structural Elements, RILEM, Mexico, Sept.

International (2000), International Conference of Building Officials.

López O.A., C. Reyes, R. Durán, D. Bitrán, and J. Lermo (2001), “El sismo del 30 de septiembre de 1999, Oaxaca”, Centro Nacional de Prevención de Desastres (SEGOB), ISBN 970-628-609-8, Dic., 65 pp.

NTC-M (2004), “Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería”, Gobierno del Distrito Federal, 47 pp.

Schwaighofer, J. and H.F. Microys (1969), “Analysis of Shear Walls Using Standard Computer Programs”, ACI Journal, Dic., pp. 1005-1007.