DIVISION ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCIONDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICASUNIVERSIDAD DE CHILE
APUNTES
DE
DISEÑO DE ALBAÑILERIA ESTRUCTURAL
1ra. PARTE
MAXIMILIANO ASTROZA I.
2003
SANTIAGO - CHILE
A Ximena, Paulina, Gastón y Rodrigo
PREFACIO
En esta Primera Parte de los apuntes del curso CI 52H se entregan antecedentes y conocimientos
básicos que deben conocerse cuando se desea entender las bases y criterios sobre los que se ha
desarrollado el diseño y cálculo de construcciones de albañilería ubicadas en zonas sísmicas.
Los antecedentes entregados corresponden principalmente a los resultados de los estudios realizados
en los países latinoamericanos, especialmente en Chile, México y Perú. Estudios en los cuales han
participado destacados profesores universitarios y alumnos de la carrera de Ingeniería Civil, a todos
ellos debemos agradecer su esfuerzo y dedicación ya que producto de ello se ha logrado reunir la
información necesaria para lograr un diseño más racional para uno de los materiales de mayor uso en la
construcción de viviendas en la Región Andina, especialmente las destinadas a los sectores de menores
ingresos.
Maximiliano Astroza I.
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CAPITULO 1. INTRODUCCION
"Aprovechando y transformando el mundo natural,
la ingeniería crea el artificial. Ella proviene de la condición
humana la que tiene como propósito material progresar y
lograr el bienestar, tanto el comunitario como el individual."
1.1. Características básicas de la albañilería.
La albañilería es un material estructural que en su forma tradicional está formado por unidades
de albañilería unidas con mortero y construido en forma manual por un albañil.
En los últimos 40 años se han introducido modificaciones importantes, entre las que se pueden
destacar la incorporación de unidades de fabricación industrial (sólidas o huecas) asentadas con
mortero de cemento- arena y morteros mixtos (cemento-cal-arena) y la incorporación de unidades que
no requieren mortero para su unión (Mortarless block o unidades tipo mecano), rellenas con hormigón
líquido o "grout".
Cualquiera que sea las materias primas utilizadas, el material resultante tiene propiedades que
pueden presentar variaciones importantes por el carácter artesanal de su fabricación. Este material se
destaca por una buena resistencia a la comprensión y una reducida resistencia a la tracción, esta
última resistencia está controlada principalmente por la adhesión o unión entre la unidad de albañilería
y el mortero en la medida que no se incorpore hormigón de relleno o grout en los huecos de las
unidades.
Como se ha destacado, una característica de este material es la variabilidad de sus propiedades,
producto de las variaciones de las propiedades de los materiales que componen la albañilería (unidades,
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mortero) y de las prácticas de construcción (calidad de la mano de obra). Propiedades y prácticas que
pueden variar de un lugar a otro dentro de un mismo país y de un país a otro.
Considerando estos antecedentes, para desarrollar un diseño racional con este material se
deben desarrollar en cada país:
a. Los ensayos para establecer las propiedades físicas y mecánicas del material.
b. Las mejores técnicas de construcción.
c. Las normas y reglamentos de diseño y cálculo.
1.2. Modalidades de refuerzo de la albañilería
Si bien la albañilería se ha usado en diferentes épocas para construir elementos tan diversos
como arcos, vigas y columnas, su expresión predominante en las construcciones de viviendas es y ha
sido el muro, elemento estructural que debe resistir tanto las solicitaciones provenientes de las
acciones normales (pesos propios, sobrecargas de uso) como de las acciones eventuales (sismos), para
lo cual debe tener las dimensiones y los refuerzos que permitan obtener un comportamiento seguro
frente a las acciones que se presenten.
Si se revisa las patologías (daños) que presentan los muros de albañilería, se concluye que el
agrietamiento es el daño más frecuente (figura 1.1), agrietamiento que se produce al excederse la
resistencia a la tracción de la albañilería producto de acciones externas o de cambios volumétricos que
experimenta el material por variaciones de temperatura o de humedad, cristalización de sales o
presencia temporal de agua.
En forma natural las grietas se ubican en las zonas más débiles como son las interfaces
mortero-unidad y las zonas donde se producen cambios bruscos de sección. Por la complejidad de las
acciones y de los efectos que se presentan en el proceso de agrietamiento, las grietas siguen
trayectorias con diferente orientación.
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Uno de los objetivos fundamentales del diseño de una construcción de albañilería es evitar la
ocurrencia de grietas para estados de carga que se presentan en forma frecuente, llamados en la
práctica estado de servicio. Con este propósito se adoptan medidas como:
i. Materialización de juntas de dilatación o juntas de control que minimicen los efectos derivados
de cambios volumétricos (ver figura.1.2).
ii. Incorporación de refuerzos (armaduras de acero) de manera que en la medida que se
produzcan las grietas se impida su propagación y lo distribuyan para reducir el espesor de las
grietas.
iii. Controlar la cantidad o densidad de muros.
Debe tenerse presente que:
i. La armadura incorporada no modifica la resistencia a la tracción de la albañilería.
ii. La armadura en un elemento de albañilería es indispensable para resistir acciones que
produzcan tensiones de tracción cuya magnitud sea incierta, por ejemplo las que se
producen durante un sismo.
Las formas de incorporar la armadura en una albañilería son esencialmente tres y se muestran
en la figura 1.3:
i. La armadura se coloca en el interior de elementos esbeltos de hormigón armado,
dispuesto vertical y horizontalmente, elementos que enmarcan o confinan
completamente el paño de albañilería, formando lo que se llama ALBAÑILERIA
CONFINADA.
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ii. La armadura es colocada distribuida vertical y horizontalmente en los huecos de las
unidades de albañilería y en las juntas horizontales de mortero, formando lo que se
llama ALBAÑILERIA ARMADA.
iii. La armadura es colocada distribuida vertical y horizontalmente en un espacio
construido entre dos paños de albañilería, formando lo que se llama ALBAÑILERIA
ARMADA LAMINAR O DE DOBLE CHAPA.
1.3. Glosario de términos.
Absorción: Medida de la permeabilidad de la unidad de albañilería.
Absorción máxima: Medida de la cantidad de agua que puede contener una unidad
saturada.
Adhesión: Resistencia de la s interfaces mortero-unidad de albañilería. Se obtiene
del producto del valor unitario de adhesión por la extensión del área de
contacto.
Adobe: Unidad de albañilería en forma de paralelepípedo recto, elaborada de
barro y secada al sol.
Aglomerante hidráulico: Producto que endurece por interacción química con el agua, y que
puede endurecer incluso bajo el agua, ejemplo: cemento.
Albañilería: Material estructural compuesto por unidades asentadas con mortero o
apiladas sin él. Cuando las unidades son huecas, normalmente se llenan
con hormigón líquido o grout.
Albañilería armada: Albañilería reforzada con armadura de acero distribuida vertical y
horizontalmente.
Albañilería confinada: Albañilería reforzada con elementos esbeltos de hormigón armado que
la enmarcan completamente.
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Albañilería reforzada: Albañilería armada o confinada.
Albañilería simple: Albañilería sin refuerzo.
Aparejo: El arreglo o disposición de las unidades de albañilería en un muro (ver
figura 1.4).
Area de huecos: El área de los vacíos o huecos( ver figura 1.5).
Area bruta: El área total sin descontar vacíos( ver figura 1.5).
Area neta: El área total menos los vacíos( ver figura 1.5).
Asentar: Colocar unidades de albañilería con mortero en un lugar
predeterminado.
Aspereza: En los morteros, la característica de no tener trabajabilidad.
Bloque: Unidad de albañilería que por su peso debe manejarse con las dos
manos ( ver figura1.6).
Cal: El término se usa para referirse tanto a la cal viva, su acepción exacta,
como a la cal hidratada y a la cal hidráulica.
Cara de asiento: Superficie de la unidad de albañilería en contacto con la junta
horizontal de mortero.
Carbonatación: Reacción química entre el anhídrido carbónico (CO2) y la cal hidratada
Ca(OH2),que tiene como producto el carbonato de calcio (CaCO3).
Coeficiente de saturación: Medida de la facilidad con que una unidad puede saturarse con agua.
Hormigón líquido o grout: Hormigón de cemento de consistencia líquida con asentamiento en el
cono de Abrams igual o mayor que 18 cm ( ver figura 1.7).
Confinamiento: Conjunto de elementos de hormigón armado que enmarcan un muro.
Consistencia: Medida de la condición de líquido de un mortero.
Construcciones de albañilería: Edificaciones construidas predominantemente con muros
portantes o resistentes de albañilería.
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Dimensión nominal (de la unidad de albañilería): La dimensión real más el espesor de la
junta de mortero ( ver figura 1.8).
Eflorescencia: Depósito de sales solubles, generalmente blancas y comúnmente sulfato
de calcio, que se forma en la superficie de la albañilería al evaporarse la
humedad.
Escantillón: Regla graduada que señala la altura de cada hilada.
Hilada: Una capa horizontal de mortero y unidades de albañilería.
Junta horizontal: La capa horizontal de mortero donde se asienta la unidad de albañilería.
Junta vertical: La junta entre los extremos verticales de dos unidades de albañilería.
Unidad de albañilería (o unidad): Ladrillo o bloque.
Unidad hueca: Unidad de albañilería cuya área neta de la cara de asiento es menor que
el 75% del área bruta y cuyos huecos tienen dimensiones suficientes
para ser llenados con concreto líquido ( ver figura 1.9)
Unidad perforada: Unidad de albañilería cuya área neta de la cara de asiento es equivalente
a menos del 75% del área bruta y cuyos huecos tienen dimensiones
reducidas y no pueden ser llenados con hormigón líquido ( ver figura
1.9).
Unidad sólida (o maciza): Unidad de albañilería cuya área neta en la cara de asiento es equivalente
al 75% o más del área bruta( ver figura 1.9).
Unidad tubular: Unidad de albañilería con huecos paralelos a su cara de asiento ( ver
figura 1.9).
Unidad apilable: Unidad de albañilería que no requiere mortero para ser instalada como
parte de un muro (Mortarless block).
Ladrillo: Unidad de albañilería que se maneja con una sola mano.
Mortero: Adhesivo con que se asientan las unidades de albañilería.
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Muro portante: Muro diseñado y construido en forma tal que resiste cargas
horizontales y verticales adicionales a las provenientes de su peso
propio.
Muro no portante: Muro diseñado y construido en forma tal que sólo resiste cargas
provenientes de su peso propio. Ejemplo: las panderetas, los parapetos
y los tabiques divisorios de espacios interiores.
Parapeto: Muro no portante de baja altura ubicado comúnmente en el perímetro
del edificio a nivel del techo o alrededor de los balcones.
Retamplado: Proceso por el cual se recupera el temple de un mortero que se ha
secado.
Retentividad: Cualidad del mortero que mide su capacidad para retener su
consistencia al entrar en contacto con una unidad de albañilería
absorbente.
Succión o tasa de absorción: Absorción inicial de la cara de asiento de la unidad de albañilería.
Tabique divisorio: Muro no portante que separa ambientes.
Trabajabilidad: Propiedad de los morteros que define la facilidad de su manejo con las
herramientas.
1.4 Evolución histórica de la albañilería.
Se acepta que la albañilería fue inventada hace unos 15.000 años y consistió en un apilamiento
de piedras para formar un lugar donde guarecerse.
El paso siguiente en el proceso de desarrollo de la albañilería fue la utilización del mortero de
barro, paso que se dio cuando se comenzaron a integrar las primeras aldeas. En esta misma época y
ante la falta de piedra natural en algunas regiones se inventó la unidad de albañilería formada
manualmente por el hombre de una masa de barro secada al sol.
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Con el invento del molde (4000 A.C.) se fabricaron los primeros adobes lo que constituyó un
avance importante en la construcción rápida y masiva de unidades prácticamente iguales. El adobe fue
llevado al horno a principios del tercer milenio antes de Cristo, para hacer ladrillos cerámicos, los que
fueron unidos con mortero de alquitrán, y así la albañilería resultante se convierte en el material de las
construcciones más importantes del Medio Oriente.
El desarrollo de pueblos civilizados y las condiciones geológicas del lugar donde se ubicaron
las ciudades, permite encontrar albañilerías de distinto tipo:
1. En Egipto se usaron unidades de albañilería ciclópea (grandes bloques de roca) unidos con
mortero de yeso, revestidas generalmente con una mezcla de yeso y cal.
2. En Grecia se usa la albañilería de piedra caliza unidas con mortero de cal.
3. Los romanos en algunas obras usaron piedras traídas de las canteras egipcias y griegas; sin
embargo, en la mayoría de los casos emplearon piedras de sus canteras de caliza, travertino y
tufa volcánica, y la tecnología sumeria de la albañilería de ladrillo de arcilla. A esta tecnología
aportaron la invención del mortero de cemento y del hormigón.
Después de la revolución tecnológica de la construcción hecha por los romanos, el avance de la
tecnología de la albañilería en Europa se detiene por varios siglos. En el siglo XII se introduce el arco
gótico y la bóveda que posibilitan cubrir grandes luces transformando la estructuración tradicional de la
obra de albañilería; sustituyéndose los gruesos elementos por elementos esbeltos donde se utilizan
unidades pequeñas de arcilla y piedra unidas con juntas gruesas de mortero de cal.
La revolución industrial del siglo XVIII hizo extensiva la aplicación de la albañilería de ladrillos
de arcilla en Inglaterra y en ello tuvo importancia el desarrollo del horno industrial cuyo
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perfeccionamiento fue acompañado por el desarrollo de la maquinaria auxiliar para la fabricación de
unidades de arcilla como son: molinos, trituradoras y mezcladoras para las materias primas, extrusoras
y prensas mecánicas para el formado de unidades.
En América la albañilería de ladrillo llega con los colonizadores europeos. En particular, en los
países del cono sur de América, principalmente Perú, el ladrillo en sus inicios no se fabrica localmente
sino que se trae como lastre en los barcos y así la construcción es principalmente de adobe y piedra
hasta el siglo XIX.
La incorporación de refuerzos en la albañilería se aplica por primera vez en 1825 en la
construcción de un túnel bajo el río Támesis, obra en la que se utilizan paredes de albañilería de ladrillo
de arcilla reforzada con pernos de hierro forjado y zunchos de platabanda. En 1889 el ingeniero francés
Paul Cottancin patentó un método para reforzar albañilería y construyó edificios con este material en
París.
En el año 1920 se realizó una gran cantidad de ensayos en la India y además se construyeron
varias obras de albañilería reforzada. Siguiendo este trabajo, el Japón construyó en las primeras
décadas de este siglo edificios públicos y privados de albañilería reforzada. Por su parte en Estados
Unidos se inicia en 1913 la investigación en albañilería, apoyada por los fabricantes de ladrillos de
arcilla, determinándose con ella las bases para la investigación realizada en las últimas décadas.
La construcción de edificios altos y los requerimientos que ello impone a los edificios de
albañilería sin refuerzo o albañilería simple, la destrucción de edificaciones de albañilería simple por
sismos severos ocurridos en las primeras décadas de este siglo (California, Japón) y la falta de
conocimiento ingenieril del material, hizo que el uso de la albañilería se prohibiera en zonas de alta
sismicidad y fuera no competitivo en zonas no sísmicas. Esta situación ha obligado en los últimos
cuarenta años a racionalizar el diseño de edificios de albañilería sobre la base de investigaciones
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realizadas en diferentes partes del mundo, cuyos resultados han permitido redactar normas para el
diseño y cálculo de este tipo de edificaciones.
La racionalización del diseño conlleva la incorporación de refuerzos con configuraciones
correctas y reduce el consumo de material y, por lo tanto, el costo y el espacio ocupado. En las zonas
sísmicamente activas de países en desarrollo se ha popularizado su empleo en los edificios del tipo
multifamiliar de altura media, hasta cinco pisos, cuyos muros resistentes de 14 a 25 cm de espesor, son
de albañilería confinada y armada, diseñados, construidos y supervisados con reglamentos o normas
propias de cada país las que recogen las investigaciones y experiencias realizadas.
1.5 Bibliografía seleccionada
i. Héctor Gallegos, 1991, "Albañilería Estructural", Pontificia Universidad Católica del Perú,
Fondo Editorial.
ii. Clayford T. Grimm, 1996, " Brick masonry in Asian Architecture", The Masonry Society
Journal, Vol. 14, Nº 2, December.
iii. R. Drysdale, A. A. Hamid y L. R. Baker, "Masonry Structures. Behavior and design",
Prentice Hall, 1994.
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Figura 1.1 Grietas por efecto de un sismo.
Figura 1.2 Junta de separación o junta de control
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Figura 1.3 Modalidades de refuerzo de muros de albañilería.
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Figura 1.4 Aparejos
Figura 1.5 Area bruta y área neta de la unidad de albañilería
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Figura 1.6 Bloque
Figura 1.7 Hormigón de relleno
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Figura 1.8 Dimensiones nominales versus dimensión real
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Figura 1.9 Tipos de unidades de albañilería.
