REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA UNEFA NÚCLEO MARACAY – EDO. ARAGUA
ASIGNATURA: MANTENIMIENTO GENERAL DE OBRAS
ESTRUCTURAS DE CONCRETO REALIZADO POR: DANNI GUTIERREZ C.I: 19.107.080 RAFAEL VALERA C.I: 17.200.204 JOHAN BOLIVAR C.I:19.405.119 JORGE GUTIERREZ C.I:17.788.836 YAMPIERO CARRIZALES C.I:17.788.637 C.I:17.788.637
SECCIÓN: CID709 INSTRUCTOR: ING. KARELIZ MORILLO JULIO DE 2.010
DEFINICION Son todas aquellas actividades y procesos clasificados según su tipología y según el área a la cual están destinados a mantener en óptimas condiciones y a corregir según sea el caso. CLASIFICACION DE LOS EDIFICIOS Clasificación de los Edificios según su código: Por medio de estos códigos podemos conocer el estado de mantenimiento de las edificaciones. Código 1: Buen estado, ninguna intervención es requerida. Código 2: Deterioro ligero, en géneros provocado por causas naturales, en un estado todavía no avanzado. Pero en una fase inicial de la evolución del deterioro. De hecho la estabilidad mecánica del elemento no está todavía perjudicada. La intervención de restauración en éste caso será de hecho ligera, esto es, a nivel de mantenimiento ordinario. Las situaciones típicas de deterioro que clasifican en esta categoría son: Rajaduras o grietas corridas, Fisuraciones superficiales, Oxidación, Manchas de humedad, etc.
Código 3:
Deterioro medio: en géneros provocados por causas accidentales o también por causas naturales pero en avanzado estado de deterioro. Código 4: Deterioro grave: provocado ya sea por factores meramente naturales o de tipo accidental, pero con un avanzado estado de deterioro, de tal magnitud que perjudica la estabilidad mecánica del elemento.
MANTENIMIENTO DE PISOS Concreto Rustico: Humedecer. Acido muriático al 30% (comercial) por 15 partes de solución de agua y jabón.
Restriegue. Enjuague con agua limpia y deje secar. Granito: Aspire el polvo. Coletee. Pula con fieltros. Pula con cepillos de nylon. Vynil: o
Aspire el polvo.
o
Coletee
Esporádicamente, debe usarse una pulidora en seco. Madera o Parquet: Parquet no vitrificado Parquet vitrificado Cerámica Deficiencia: Pieza desgastada en buen estado. Acción de mantenimiento: Limpiarla muy bien Elimine mortero o pego Humedecer Extender Aplicar una capa de pego o mortero Coloque la cerámica Aplicar una lechada de cemento blanco Cerámica Deficiencia: Cerámicas rotas o deterioradas. Acción de mantenimiento: Remover la pieza dañada
Remover con una espátula el pego Humedecer Aplicar una capa de mortero Coloque con los dedos la pieza Cemento blanco Limpie el exceso MANTENIMIENTO DE TECHOS Los techos, son un componente que se encuentran expuestos en diversos grados a ciertas condiciones y por su ubicación relativa en un edificio no se le presta la adecuada atención. Un sistema de techos esta sujeto a la exposición al viento, granizo, nieve, lluvia, radiación ultravioleta, por no mencionar el tráfico que pueda sufrir y varias formas de abusos mecánicos, como ser la expansión y contracción de los edificios. Causas de fallas Errores de diseño Fallas en la instalación por procesos inadecuados Falta de mantenimiento o mantenimiento inadecuado Causas naturales Daño humano Abusos por parte del usuario Cambios en el uso del edificio Deterioro natural en el sistema de techos Falla en otros componentes del edificio Falla en el propio sistema debido a algún componente Acciones: Limpiar periódicamente canaletas y rejillas de desagües, en especial después de cada tormenta. Así se evitaran desbordes de agua que ocasionen filtraciones. Deben permanecer en perfecto estado las rejillas de los sumideros.
Debe regarse, según sea conveniente, una delgada capa de asfalto plástico o asfalto oxidado caliente en las zonas que tienden a deteriorarse con mas frecuencia Verificar que no existan grietas o fisuras en: Encuentros de la azotea con los muros verticales. Muros verticales de cerramiento o muros de carga. Encuentros de la azotea con los conductos y caños de ventilación, claraboyas, chimeneas, etc. Alrededor de las rejillas de los desagües. Uniones de baldosas cerámicas, ladrillos, etc. Controlar que el material de las juntas de dilatación no este envejecido, desprendido ni agrietado. Techos de Tejas: Debe evitarse que el personal inexperto camine sobre el techo. Se deben desramar los árboles que caen sobre los techos con mucho cuidado. Sustituir las Tejas cuando se rompan. MANTENIMIENTO DE FRISOS Deficiencia: Huecos e irregularidades en la pared Acción de mantenimiento: Elimine con la punta de una espátula todas las partículas sueltas y restos de pintura Con una brocha pequeña elimine todo resto de polvo Humedezca con la misma brocha la zona a reparar Prepare la cantidad necesaria de mezclilla para reparar la grieta Extienda en la zona con una espátula la mezclilla Alise y empareje con la espátula Una vez seco, elimine las asperezas con una lija de grano fino Repinte la zona Deficiencia: Agujeros de gran tamaño
Acción de mantenimiento: Tapone el agujero con una pelota de papel mojado aplastando el papel hasta que quede aproximadamente al mismo nivel que la pared Cubra el papel y el agujero con una capa de mezclilla Una vez seco, el parche quedara un poco a desnivel por lo cual con la ayuda de una lija de grano fijo se deberá emparejar Repinte la zona
MANTENIMIENTO DE PLOMERIA Localización de filtraciones y roturas en las tuberías: Las filtraciones son de dos tipos: de agua potable y de aguas servidas. Determinar el origen de una filtración puede tornarse en una labor bastante difícil, por cuanto el agua no siempre aparece cerca del punto donde se origina la fuga. Como la rotura de pisos y paredes es costosa e incómoda, debe hacerse un análisis profundo del lugar del problema antes de proceder a romper. Se debe inspeccionar el edificio periódicamente para observar si hay signos de fugas, derrames, entre otros, prestándole especial atención a lo siguiente: Los olores de mohos Manchas o decoloración en el techo, paredes o el piso Superficies frías (por ejemplo, debajo de las ventanas y en las esquinas formadas por paredes externas, tubería de agua fría no aislada) Las paredes en las que se genera humedad (por ejemplo, en lockers y sanitarios). También hay que buscar signos de daños de humedad en: Áreas en interiores alrededor de fugas conocidas en el techo o las paredes Paredes alrededor de ventanas con fugas o rotas Pisos y techos debajo de la tubería Las tuberías de acero galvanizado (también llamado "hierro" o sólo "galvanizado") pueden comenzar a presentar fugas justo en las partes roscadas, o en el cuerpo del tubo (flechas blancas). Una pequeña fuga alrededor de un accesorio roscado o en la superficie del tubo de un sistema de agua de acero galvanizado puede corregirse con una mezcla epóxica para reparaciones.
Limpia bien el área y después envuelve las partes roscadas en la mezcla epóxica, procurando hacer que penetre en la zona donde el tubo y el accesorio se unen. Para corregir una fuga presente en un tubo de acero galvanizado, hay que drenar todo el sistema de plomería, preparar la mezcla epóxica y envolver con ella el área dañada. Aquí mostramos las partes de una abrazadera para tubo y la manera como se ensamblan alrededor de un tubo de acero galvanizado con fuga. Coloca la abrazadera para tubo de manera que la junta de la abrazadera presione el material epóxico cubriendo la fuga. Aprieta la prensa.
PATOLOGIA ESTRUCTURAL Es el estudio del comportamiento de las estructuras cuando presentan evidencias de fallas o comportamiento defectuoso (enfermedad), investigando sus causas (diagnóstico) y planteando medidas correctivas (terapéutica) para recuperar las condiciones de seguridad en el funcionamiento de la estructura. Proceso Patológico En las estructuras las fallas o defectos se ponen de manifiesto, con la aparición de una serie de señales o de cambios de aspecto, que se engloban dentro de la sintomatología estructural. Ante estos síntomas y previa investigación de sus causas el técnico especialista, o patólogo estructural, debe establecer un diagnóstico de la enfermedad que sufre la estructura. Causas De Lesiones O Defectos Las causas que pueden provocar lesiones en una estructura en general pueden ser muchas y muy variadas y pueden estar relacionadas con el propio proyecto, con los materiales, con la ejecución y con el uso o explotación de la estructura. Diagnostico Permite conocer la enfermedad (falla o defecto de la estructura), determinar el estado en que se encuentra el enfermo (condiciones de funcionamiento y resistencia). Permite pronosticar sobre los cambios que pueden sobrevenir sobre la estructura en el curso de la afección que sufre, su duración y terminación por los síntomas que la precedieron o la acompañan. El pronóstico puede ser optimista, en cuyo caso la estructura afectada evolucionará favorablemente mediante la aplicación de una terapia adecuada, recuperando sus características resistentes mediante una reparación de rutina o, el pronóstico podrá ser pesimista en cuyo caso la estructura afectada tendrá que sufrir amputaciones (eliminación del o los elementos estructurales afectados) o finalmente su demolición.
Diagnóstico Inspección y evaluación preliminar
Inspección visual reportando la apariencia general de los daños producidos por la falla, áreas afectadas, tipos de defectos visibles, situación de los puntos más importantes del elemento o la estructura.
FALLAS ESTRUCTURALES Deformación, desplazamiento o ruptura de los elementos que conforman la estructura, que son sometidos a fuerzas que sobrepasan los limites para los cuales estos han sido diseñados. La falla de una estructura tiene generalmente una manifestación externa de cuyo análisis se podrá deducir la importancia, origen y posibles consecuencias. De lo anterior, se puede apreciar la importancia que representa el saber reconocer estos daños, clasificarlos y describirlos. CARACTERISTICAS DE LA FALLAS Deterioro superficial Se caracterizan en general, por su pequeña profundidad en relación con una extensión relativamente grandes. Se incluyen aquí todas las fallas cuyo espesor es inferior a 5 cm y/o alcanza a afectar sólo el recubrimiento de las armaduras. Discontinuidad local y profunda Su extensión puede ser grande o no, siendo su profundidad mayor que 5 cm, afectan el hormigón detrás de las armaduras; un ejemplo típico son los nidos de piedra. Grietas Se deben a que las tensiones internas en el hormigón, han sobrepasado la resistencia de éste, produciendo la rotura del elemento. Si la causa que la originó ha desaparecido, dicha grieta se puede considerar sin movimiento (grieta muerta) y por lo tanto susceptible de ser reparada devolviendo el monolitismo a la estructura. En cambio si la causa persiste, por ejemplo variaciones de temperatura, la grieta seguirá moviéndose como si se tratara de una verdadera junta de dilatación. Para hacer una clasificación según el tamaño, puede distinguirse entre fisura o grieta, según que su ancho sea menor o mayor que 0,5 mm, respectivamente. Fractura de un elemento
Corresponde a una o varias de las fallas mencionadas, manifestándose con mayor intensidad y cortando o deformando la encerradura original. Generalmente se hace necesario un reemplazo total o parcial del elemento. Corrosión de las armaduras La primera manifestación de corrosión en las armaduras es la aparición de fisuras sobre las barras debido al aumento de volumen del fierro al oxidarse; puede verse acompañada de manchas de óxido, lo que va intensificándose a medida que el proceso avanza. En una etapa posterior cae el recubrimiento y las armaduras quedan a la vista, apreciándose también la reducción de la sección útil del fierro. CAUSAS Para poder determinar el procedimiento de reparación es indispensable conocer las causas que lo originan y sus efectos. Diseño Corresponde a una falta o insuficiencia en los estudios preliminares, como condición de suelos, ambiente, etc., errores de dimensionamiento o calidad, cantidad y disposición de las armaduras, especificaciones incompletas, etc. Ejecución Pueden presentarse defectos por materiales y procedimientos. En el primer caso se trata de la elección inadecuada de los componentes del hormigón o incumplimiento de las normas de calidad. El segundo caso corresponde a la utilización de malos procedimientos, especialmente en el vaciado, colocación, compactación y curado del hormigón. Algunos ejemplos típicos muy frecuentes son los nidos de piedras y las juntas de hormigonado mal ejecutadas. Uso: Los daños debidos al uso aparecen cuando la estructura está en servicio y después de un tiempo más o menos largo según el caso. A veces las condiciones de uso no fueron bien previstas, pero muchas veces se deben a que las condiciones cambian después. . Entre las causas de daño por el uso se pueden mencionar: sobrecargas, deformaciones, medio ambiente, ataque químico, desgaste, cavitación y efecto de los incendios. Efectos El daño en una estructura puede tener efectos sobre la estabilidad, o sobre la durabilidad y seguridad de la obra, además de aspectos de orden estético.
Entre estos últimos, pueden influir también razones psicológicas; un ejemplo típico es una grieta en una vivienda, la cual puede no influir estructuralmente, sin embargo, produce una sensación de inseguridad en el usuario. Desde el punto de vista de la durabilidad la falla original puede favorecer fallas menores; es el caso de corrosión debido a una grieta o nido de piedras. Cuando el daño influye en la seguridad de la estructura, requiere atención y reparación inmediata. Conocido el problema y determinados la causa y su efecto, es necesario ordenar y clasificar las fallas para luego seleccionar el procedimiento y racionalizar las faenas de reparación. Finalmente es necesario señalar que en casos de daños en estructuras deberá consultarse a profesionales calificados, y elegir procedimientos de reparación simples, cuando no se dispone de personal y equipos especializados. Los métodos más sofisticados sólo pueden ser ejecutados por personal idóneo y bajo la supervisión adecuada. TIPOS DE FISURAS Y GRIETAS ESTRUCTURALES .
FISURAS POR TRACCION Y FLEXION Fisuras Por Tracción Pura Se forman a lo largo de la dirección de las barras de refuerzo principal. Son fisuras provocadas por el exceso de tracción longitudinal. Se forman planos de falla (fisuras y grietas) transversales a lo largo de la sección. Los incrementos de la tracción actuante en la sección provocan de manera súbita una grieta que afecta la unión entre el hormigón y la barra de refuerzo en una
determinada zona (distancia de deslizamiento). Como consecuencia de ello, se interrumpe la transferencia de los esfuerzos actuantes por pérdida de la adherencia mecánica entre el acero y el hormigón.
Adicionalmente, la anchura de la grieta es mínima cerca de la barra de acero (pero hay fisuras y micro fisuras por el efecto de la conexión) y se incrementa a medida que se aleja de ella. Ello genera patrones de espaciamiento entre grietas. Los esfuerzos de tracción excesivos pueden darse como consecuencia de fallas de anclaje o traslapo de una o varias barras de refuerzo. Fisuras Por Flexión Pura Suelen ser perpendiculares a la dirección del refuerzo longitudinal dispuesto en la dirección de la tracción principal. La existencia de armadura transversal (estribos) puede hacer que las fisuras se alineen con ella e incluso favorezcan el inicio o la propagación de las mismas fisuras. Estos planos de falla por flexión son de dos tipos: Grietas de flexión que originalmente son fisuras de tracción. Grietas por tracción que emergen como una manifestación del aumento de la deformación. Se localizan entre las grietas de flexión y se extienden por encima de las barras de refuerzo.
Las grietas por flexión se extienden hasta el eje neutro, revelando así la posición real de este en el elemento. La anchura de las grietas indica el nivel del esfuerzo de tracción al que han sido sometidas las barras de refuerzo. Anchuras pronunciadas indican: Exceso de carga por posibles precargas o sobrecargas. Insuficiencia de refuerzo longitudinal. Causas de grietas por flexión y tracción • • • • •
Sobrecargas no previstas. Mala adherencia de las armaduras al hormigón. Mala disposición de armaduras. Armaduras transversales insuficientes. Baja calidad del hormigón.
Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi). c) Eventual demolición y reemplazo Fisuras por adherencia (longitudinales) Son aquellas que se forman a lo largo de la dirección de las barras longitudinales. Se pueden inducir como consecuencia de los fenómenos de retracción o asentamiento plástico. También pueden formarse grietas longitudinales por falta de adherencia entre el hormigón y el acero de refuerzo. Esta situación es poco común en estructuras bien calculadas y construidas. Ocasionalmente, se presenta la falta de adherencia porque durante la construcción las varillas de acero se impregnan de aceites, bentonita o tienen óxido suelto.
Fisuras Por Cortante Los esfuerzos cortantes y de tracción provocan fisuras oblicuas que también son transversales a la dirección del acero longitudinal principal. Aparecen inclinadas en zonas cercanas a los apoyos (cortante máxima) o bajo cargas puntuales elevadas. El ángulo entre las grietas de cortante inclinadas y el eje de la viga es de aproximadamente 45º. Las grietas de cortante siempre atraviesan todo el espesor de la viga y su anchura depende de la sección de la viga.
Causas de grietas por cortante • • • •
Sobrecargas no previstas. Mala adherencia de las armaduras al hormigón. Mala disposición de armaduras. Armaduras transversales insuficientes.
•
Baja calidad del hormigón.
Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi. b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi). c) Eventual demolición y reemplazo
Fisuras Por Torsión Las fisuras por torsión también son oblicuas pero continuas y en espiral. Atraviesan completamente la sección de los miembros afectados.
Fisuras Por Punzonamiento Es propio de losas con deformaciones impuestas locales y ocasiona fallas con geometría tronco piramidal cuya directriz es el área cargada. Se alcanza en elementos que experimentan tracciones que se originan por esfuerzos tangenciales que a su vez son motivados por una carga o una reacción localizada en un área relativamente pequeña. Es una falla de tipo frágil.
Causas de grieta por punzonamiento • • •
Concentración de tensiones. Diseño inadecuado: armaduras sobrecargas no previstas. Baja calidad del hormigón
y/o
espesores
insuficientes;
Alternativas de reparación • • •
Inyección con epoxi. Reducir concentración de tensiones mediante aumentos de sección del pilar y capiteles de acero y hormigón. Traspasar carga a elementos inferiores.
Fisuras Por Cizalladucha Se presenta en secciones compuestas de hormigón reforzado que se conforman por un elemento de hormigón prefabricado y una sobre-capa o torta de hormigón vaciada “in situ”. La resistencia al esfuerzo de cizalladora debe garantizarse mediante un anclaje mecánico (varillas en forma de U invertida) o mediante un anclaje químico (puente de adherencia epóxico o acrílico) que busque la integridad estructural de los dos elementos.
Causas de grietas por cizalladuras
•
Junta de hormigonado defectuosa
Alternativas de reparación • • • • • •
Reconstituir monolitismo: reparar mediante inyección o mortero epóxico. Refuerzos en nudo: Perforaciones verticales o inclinadas. Relleno epóxico. Colocar insertos.
Fisuras Por Compresión Si se rebasa la capacidad resistente del elemento en compresión, entonces ocurre una fisuración que es paralela a la dirección de carga del elemento. Cuando el patrón de fisuración es oblicuo, puede estar indicando que el hormigón está seco.
Causas de grietas por compresión • Baja resistencia del hormigón a compresión • Diseño insuficiente: Tensiones principales de compresión superan la resistencia del hormigón. Alternativas de reparación • Analizar resistencia del hormigón y estado tensional de las armaduras. • Refuerzo exterior con platabandas. • Posible demolición y reemplazo
Fisuras Por Rigidez Del Apoyo Ocurre cuando la conexión entre el elemento que se apoya y el elemento de apoyo no tiene una transición adecuada mediante el uso de amortiguamiento como un cojín de neopreno. La fractura ocurre como consecuencia de los movimientos y esfuerzos horizontales que experimenta la zona de apoyo por los ciclos de dilatación y contracción térmica; y/o por la rotación que experimenta el elemento apoyado induciendo un sobreesfuerzo local de compresión.
Causas de grietas por rigidez de apoyo • Diseño o construcción inadecuados • Falla de anclajes y/o de armaduras transversales. Alternativas de reparación • Reconstituir monolitismo. o Grieta limpia: inyectar epoxi. o Junta con suciedades: picar por sectores, rellenar con mortero epoxi. • Revisar anclajes de armaduras, reforzar. • Eventual demolición.
Fisuras Por Falta De Refuerzo En El Borde Ocurre cuando el borde del extremo de una viga que se apoya sufre esfuerzos de compresión y/o tracción locales y no se ha reforzado suficientemente. Cuando el refuerzo principal está compuesto por varillas de gran diámetro que al ser dobladas requieren de un amplio radio de doblado que no se cumple.
Fisuras Por Aplastamiento Local Tienen su origen en la alta concentración de cargas que a veces se dan en las zonas de apoyo de elementos simplemente apoyados o en las zonas de anclaje de torones y cables. Cuando el aplastamiento se da por una carga concentrada, el patrón de falla se localiza directamente debajo de ésta y tiende a dividir la sección de hormigón localmente.
Causas de grietas por aplastamiento local • Sobrecargas no previstas. • Armaduras transversales insuficientes. • Baja calidad del hormigón. Alternativas de reparación Evaluar la situación del elemento y determinar: a) Recuperar monolitismo: - Inyección de epoxi.
b) Refuerzo del elemento: - Verificar armadura existente. - Reforzar en caso necesario, para lo cual se debe: • Colocar insertos (tipo anclajes) a través de perforaciones; relleno con epoxi. • Picar y colocar armadura adicional, hormigonar o rellenar con mortero epoxi. • Reforzar con armadura externa (platabandas adheridas con epoxi). c) Eventual demolición y reemplazo
Fisuras Durmientes Pueden ser provocadas por la retracción. Después de un cierto periodo de tiempo, este tipo de fisuras deviene estable (cantidad y tamaño de las fisuras). Estas fisuras se pueden reparar utilizando un material de llenado rígido. Fisuras Activas Tienen un tamaño variable, son función de los ciclos de carga y de los ciclos de temperatura. Se reparan utilizando un material de llenado flexible que permita el movimiento y evite la ruptura del elemento en otro lugar. Hay dos tipos de fisuras activas: las aisladas y las fisuras en red. Las fisuras en red no se deben, en general, a un exceso de esfuerzos. Sería entonces inútil, reforzar el elemento. Cuando la fisura es aislada y activa, reestablecer la resistencia en tracción de la parte fisurada conduce a desplazar el problema y hacer fisurar otra parte diferente del elemento. Como consecuencia de esto, se debería estudiar la distribución de esfuerzos, reforzar e instalar juntas a proximidad de la fisura. Fisuras Evolutivas •
Tienen un tamaño que aumenta si los fenómenos que las producen no son eliminados.
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Movimientos del suelo.
•
Corrosión del acero de refuerzo.
•
Una fisura evolutiva no se puede reparar sin antes eliminar el fenómeno que la produce.
FALLAS EN PRESENCIA DE EVENTOS SISMICOS A continuación se explican los tipos de fallas más importantes que se registran en estructuras de concreto reforzado y mampostería, tras la ocurrencia de eventos sísmicos. Por lo general, estas fallas pueden deberse a: a) Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros. b) Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas. c) Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante. d) Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados. e) Vibración torsional causada por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez. f) Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas, g) Variación brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edificio. h) Golpeteo entre edificios. i) Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios. j) Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales. FALLA POR INADECUADA RESISTENCIA AL CORTANTE DE LOS ENTREPISOS DEBIDO A LA ESCASEZ DE ELEMENTOS TALES COMO COLUMNAS Y MUROS. El colapso de los edificios se debe generalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como son columnas y muros. Las fuerzas de inercia, cuya variación de la base hasta la cúspide del edificio es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide, mismas que deben ser resistidas en cada nivel por el conjunto de dichos elementos verticales. De esta forma, es necesaria un área transversal de muros y/o columnas suficiente para resistir adecuadamente las fuerzas cortantes inducidas por el sismo.
Foto edificio antes de la Falla
Edificio Luego de la Falla
FALLA FRÁGIL DE CORTANTE Y TENSIÓN DIAGONAL EN COLUMNAS O EN VIGAS. Es muy importante que las edificaciones cuenten con una capacidad de deformación suficiente para soportar adecuadamente la solicitación sísmica sin desmeritar, obviamente, su resistencia. Cuando la respuesta sísmica de la edificación es dúctil, se presentan elevadas deformaciones en compresión debidas a efectos combinados de fuerza axial y momento flector.
Falla por Cortantes Con solo colocar refuerzo transversal estrechamente separado y bien detallado en la región de la rótula plástica potencial, puede evitarse que el concreto se astille seguido del pandeo por inestabilidad del refuerzo a compresión. Esto implica el detallado de las secciones para evitar una falla frágil y proporcionar suficiente ductilidad.
Fallas en confinamiento Este tipo de falla se origina debido a la gran concentración de esfuerzos que se producen precisamente en los extremos de las columnas por las elevadas acciones internas como son carga axial, fuerza cortante y momento flector, causadas por las fuerzas sísmicas. Muchas estructuras se han colapsado como resultado de un inadecuado confinamiento del núcleo de concreto en columnas. El mismo tipo de falla puede presentarse también en secciones intermedias y superiores de las columnas. El confinamiento del núcleo de concreto evita también la falla por tensión diagonal producida por fuerza cortante. Este tipo de falla está caracterizado por la formación de grietas inclinadas.
FALLA POR ADHERENCIA DEL BLOQUE DE UNIÓN EN LAS CONEXIONES VIGA-COLUMNA DEBIDA AL DESLIZAMIENTO DE LAS VARILLAS ANCLADAS O A FALLA DE CORTANTE. Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de esfuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.
Desconchamiento del concreto en unión viga-columna
Falla en unión viga-columna por escasez de anclaje en la conexión de la columna con el sistema de piso
FALLA FRÁGIL EN MUROS DE CORTANTE, SIN O CON ABERTURAS, SOLOS O ACOPLADOS. En los proyectos estructurales, los muros de cortante son destinados a resistir principalmente los esfuerzos producto de las fuerzas horizontales sísmicas. Ante esta solicitación, las fallas que suelen presentarse son en su unión con los sistemas de piso, por cortante horizontal o vertical, y por vuelco.
Daños en muro de cortante
Desconchamiento en muro de cortante Este último tipo de falla es típico en las vigas de acoplamiento y se debe a demandas de gran ductilidad y de elevadas fuerzas cortantes como consecuencia de su corta longitud.
FALLA DE EDIFICIOS A PUNZONAMIENTO DE LA LOSA
BASE
DE
LOSAS
PLANAS
POR
Otro caso de falla de conexión se presenta en edificios de losas planas y se debe a una falla de punzonamiento producida por los elevados esfuerzos cortantes. En este tipo de falla, los sistemas de piso quedan sin apoyo dando lugar a un colapso total de los mismos manteniéndose de pie solo las columnas
Falla de un edificio a base de losas planas por punzonamiento de losa Las fallas en las conexiones generalmente son frágiles, por lo que estas zonas deben protegerse con especial cuidado y diseñarse detalladamente.
FALLA POR VARIACIÓN BRUSCA DE LA RIGIDEZ A LO LARGO DE LA ALTURA DEL EDIFICIO. Con frecuencia las plantas bajas de los edificios se construyen dejando el mayor espacio posible para permitir el paso o estacionamiento vehicular, mientras que los niveles superiores se construyen mediante sistemas de marco-muro, estando este último la mayoría de las veces confinado por el marco proporcionándoles a los pisos superiores una mucho mayor rigidez que la de planta baja.
Esta situación conduce a una concentración de daños en la llamada planta débil del edificio, la cual posee una rigidez mucho menor en comparación con la de los pisos superiores.
La planta baja de este edificio se diseñó con base en un sistema de marcos rígidos y en los pisos superiores se contempló un sistema de muros con lo cual la rigidez en elevación varió, lo que provocó la falla total de la planta baja durante el sismo.
FALLA POR GOLPETEO ENTRE EDIFICIOS. Si no existe una separación suficiente entre edificios adyacentes, su manera distinta de vibrar ante la solicitación sísmica conduce al golpeteo entre ellos produciéndoles severos daños.
Falla por golpeteo en la junta entre edificios adyacentes
Este tipo de falla puede ser más grave cuando los cuerpos adyacentes no coinciden en la altura de sus entrepisos, ya que las losas de uno pueden golpear las partes intermedias de las columnas del otro.
Falla debida al golpeteo entre edificios adyacentes que no coinciden en altura sus entrepisos FALLA EN COLUMNAS DE PISOS SUPERIORES POR LA AMPLIFICACIÓN DE LOS DESPLAZAMIENTOS EN LA CÚSPIDE DE LOS EDIFICIOS. Al propagarse las vibraciones inducidas por el sismo desde la base hasta la cúspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibración a lo largo de su altura, que se acentúan en sus niveles superiores, principalmente en edificios altos, lo que conduce a una elevada concentración de acciones internas que provocan el colapso de una parte del edificio a partir de determinada altura.
Colapso de los niveles superiores de un edificio de 11 pisos Algunos autores atribuyen este tipo de colapso a la unión de concreto nuevo con viejo tras la interrupción del colado durante el proceso constructivo.
REFUERZO DE ESTRUCTURA A grandes rasgos se trata de un sistema de refuerzo compuesto por fibras altamente resistentes, embebidas en una matriz epóxica. Su uso se ha difundido originalmente en la industria náutica, automotriz y aeroespacial; en la actualidad ha incursionado con gran profusión en la construcción. Dentro de la industria de la construcción, el FRP (POLÍMEROS REFORZADOS CON FIBRAS) puede emplearse en varias presentaciones (barras, láminas, etc.). Sin embargo, en el campo de la reparación, refuerzo y adecuación de estructuras existentes, destaca la modalidad de adhesión epóxica externa de capas delgadas de FRP a los elementos estructurales existentes. Esta solución de refuerzo tiene grandes beneficios con respecto a otros sistemas de reparación o refuerzo de estructuras: Estructurales: con Alta resistencia y rigidez ademas de se muy Ligero. Con durabilidad y servicio que resistente a corrosión y son se bajo espesor, no se nota. Son económicos a Bajo costo de instalación y rápida puesta en servicio
§ Materiales Para La Reparación Y Refuerzo De Estructuras Mediante Los Sistemas Epóxicos Productos de origen sintético que endurecen por reacción química entre una resina y un endurecedor. Las formulaciones habituales incluyen distintos tipos de endurecedores, modificadores, diluyentes y fillers minerales según el caso. Se entregan en 2 ó 3 componentes: Parte A Resina Parte B Endurecedor Parte C Fillers o áridos. Dosificaciones: Debe respetarse rigurosamente la proporción resina: endurecedor (A:B) indicada por el fabricante. En la mayoría de los casos se emplean juegos completos predosificados. La proporción de parte C (filler) puede ajustarse en obra según consistencia y propiedades requeridas. Los sistemas epoxi, dependiendo de cada uso, podrán emplearse en forma de:
• Líquidos más o menos viscosos según la formulación; • pastas de consistencia espesa para lo cual se agrega polvo de cuarzo y eventualmente un agente tixotrópico; • Morteros epóxicos: agregando a la mezcla resina-endurecedor una arena, generalmente cuarzo, de una determinada granulometría. La proporción entre Resina + Endurecedor y -Arena varía entre 1 :1 y 1 :10 en peso. A + B 1 -i -i 1 -m I . I el I . I UC Propiedades – Viscosidad: La viscosidad de los sistemas epoxi puros (sin filler) puede variar entre 100 y 2500 cent poise (cps) a 20°C, según la formulación. La viscosidad puede aumentarse con fillers para formar pastas tixotrópicas; a la inversa, para trabajos de inyección se requiere de productos de baja viscosidad. Velocidad de Reacción: Condiciona el pot-life o tiempo de endurecimiento inicial y el desarrollo de resistencia en plazos cortos. Depende de la formulación, temperatura y volúmenes de mezclas. En general se alcanzan altas resistencias a edades tempranas con posibilidades de puesta en servicio dentro de los 3 primeros días. Las reacciones son exotérmicas, lo que puede limitar los volúmenes a preparar. Retracciones: Endurecimiento prácticamente sin retracción. Propiedades mecánicas (a 7 días) • Resistencia a compresión 400 a 1 .000 kgf/cm2 • Resistencia a flexotracción 200 a 800 kgf/cm2 • Adherencia al acero sobre 200 kgf/cm2 • Adherencia al hormigón sobre 50 kgf/cm2 (rotura del hormigón). • Módulo de elasticidad 10.000 a 350.000 kgf/cm2 (según formulación y contenido de filler). Sensibilidad Térmica: La temperatura de aplicación influye sobre la viscosidad y velocidad de reacción. Los cambios de temperatura posteriores intervienen en las deformaciones. El coeficiente de dilatación térmica varía de 4.5 a 6.5 x 10 5, valor que disminuye considerablemente con la adición de fillers. Eventualmente las temperaturas altas pueden disminuir el módulo de elastipiHari Normativa: La Norma ASTM C881-78 "EPOXI-RESIN-BASE BONDING SYSTEMS FOR CONCRETE" clasifica los productos en Tipo, Grado y Clase, según propiedades basadas en su empleo, como viscosidad, resistencia, adherencia, retracción y compatividad térmica. USOS PRINCIPALES En Columnas: Diseñados para agregar resistencia y ductilidad a columnas existentes proporcionándoles confinamiento adicional. En base a pruebas estructurales se ha demostrado la eficacia del producto, Los sistemas pueden ser diseñados para: • Aumentar la resistencia a flexión y el esfuerzo de corte en columnas. • Aumentar la ductibilidad de las columnas hasta en 8 veces su desplazamiento. • Aumentar la capacidad de carga vertical incrementando la resistencia a compresión del concreto. Contiene la corrosión y sella la columna de la intrusión de cloruros, humedad y oxígeno.
En Losas y Vigas: Pueden ser utilizados para reforzar los elementos de vigas y de losas sujetos a cargas mayores a las originales o mejorar el funcionamiento de elementos reforzados inferiormente. Este sistema puede ser utilizado como alternativa a las soluciones de refuerzo convencionales tales como colocación de placas de acero, shotcrete. Se puede incorporar anclajes que proveen gran adherencia. En Concreto y Albañilería: Muchos de estos muros ya sea de concreto o albañilería, requieren ser reforzados para mejorar su comportamiento frente a distintos tipos de cargas. Con este tipo de refuerzo se brindan esta capacidad adicional requerida en cualquier sección del elemento. Además, mantiene la integridad del elemento previniéndolo de posibles rupturas dando seguridad de por vida. Bajo Agua: Con una tipo especial de sustancia epoxica es especialmente formulado conresinas, para ser utilizado en el refuerzo de elementos que están bajo agua, tales como pilotes de puentes o muelles. En los refuerzos de Estructuras se emplea la Inyección de resinas de baja viscosidad para reparación de grietas en estructuras de hormigón, restableciendo el monolitismo estructural.Uso de equipos de inyección de mezcla en punta, de desplazamiento positivo y presión hasta 500 psi que permiten controlar la relación de mezcla entre los componentes de la resina. Llenado adecuado de fisuras de hasta 0.05 mm de espesor. Viscosidad de la mezcla mientras dura el proceso de inyección. También se utiliza el uso de resinas de poliuretano para sellado de grietas activas en estructuras de hormigón o albañilería; materialización de juntas de dilatación; mejoramiento de suelos. Aplicación de resinas de hasta dos componentes mediante equipo de inyección de diseño especial que permite alcanzar presiones de trabajo hasta 2500 psi y relación de mezcla variable. Sistema ampliamente utilizado para sellado e inyección de grietas con filtraciones activas en estanques, acueductos y excavaciones subterráneas. A continuación se presenta de manera detallada algunos casos que se utilizan para el refuerzo de una estructura. La inyección de fisuras y grietas con resinas epóxicas tiene por objeto recuperar el monolitismo de las estructuras, gracias a las propiedades de adherencia y resistencia de estos materiales, las inyecciones son aplicables agrietas sin movimiento. Siempre es necesario verificar con extracción de testigos la penetración real de la resina. Estos pueden será algunos: Inyección Gravitacional Alcance: Elementos horizontales (losas) con grietas de aberturas superiores a 1 mm. Procedimiento: Limpieza con aire comprimido, sello en la cara inferior con masilla epóxica, ejecución de diques laterales con yeso o masilla en la cara superior; vaciar un sistema epóxico de viscosidad inferior a 200 cps para que fluya por gravedad al interior de la grieta.
Inyección a Presión Alcance: Inyección de grietas y fisuras en cualquier posición. Para la inyección de grietas finas (<.1 mm) y particularmente en el caso de fisuras (20,5 mm) se deben emplear exclusivamente un sistemas epóxicos de viscosidades inferiores a 200 cps. Procedimiento: Limpieza, sellado superficial de la grieta con masilla epóxica, colocación de boquillas, inyección partiendo de las boquillas inferiores y avance hacia arriba a medida que la inyección progresa. a) Equipo Manual: Se utilizan sistemas epoxi de muy baja viscosidad y aplicación con pistolas de calafateo. b) Equipo Neumático: Se emplean equipos neumáticos con presión de aire comprimido de 2 a 7 kg/cm2. c) Equipo de Mezcla en Punta: Dosificación de los componentes a la salida del equipo, aplicación de altas presiones (hasta 14 kg/cm2). Se emplean resinas con viscosidades bajas. Endurecedor.
Aplicación Manual Alcance: Se aplican a fallas de reducido espesor (0-5 cm), que sólo afectan la superficie del hormigón o el recubrimiento de armaduras.
Procedimientos: Definir bordes con cortador angular. Eliminar por picado todo hormigón defectuoso. Obtener forma geométrica adecuada. Limpieza con aire y/o agua. Aplicar con brocha lechada de adherencia. Preparar mortero 1:3 con arena gruesa de tamaño máximo 5 mm o de 1/3 del espesor a rellenar; consistencia semiplástica y eventual aditivo expansor. Proyectar manualmente (chicoteo), compactar y alisar con platacho. Mantener húmedo por 7 días.
Gunita: Mortero Proyectado Alcance: Se aplica a fallas superficiales extensas o repetitivas.Recuperación del recubrimiento en el caso de corrosión de armaduras. Equipos: Refuerzo de muros, agregando armaduras adicionales. Máquina lanzadora, compresor de capacidad superior a 400 pies3/minuto, accesorios complementarios. Dosificaciones: Dosis de cemento superior a 350 kg/m3. Tamaño máximo de la arena ^5 mm. Razón agua-cemento: 0,35 a 0,40. Procedimiento: Tratar superficie como en caso anterior, picando hormigón defectuoso y dando Geometría adecuada. Limpiar armaduras, eventualmente con chorro de arena. Colocar malla de refuerzo cuando corresponda. Aplicar mortero a alta presión. Cuando se requiere una terminación lisa, será necesario aplicar una capa final de mortero ligeramente plástico, y luego afinar con platacho. Curado húmedo por 7 días.
Las estructuras de concreto se diseñan y construyen para que cumplan con su función y alcancen su vida útil de una manera segura. Esto implica que en el diseño, construcción, mantenimiento y operación se consideren aspectos de capacidad estructural, así como de durabilidad de los materiales. Cuando las estructuras sufren modificaciones, sea por razones arquitectónicas o de tipo de uso, se deterioran los materiales, o bien sufren daños, como los producidos por los temblores, es necesario pensar en la rehabilitación de la estructura. Este término implica, de manera general, la reparación y el refuerzo. En la reparación se busca dejar a la estructura con sus capacidades originales; con el refuerzo se mejoran estas propiedades. Hay mucha mas información relacionada con los refuerzos de estructuras que se conocen y que se han nombrado en el presente. Existen refuerzos metálicos, por cables y demás. Pero que para esta ocasión solo hemos tratado el punto que en la actualidad tiene mayor uso que son los sistemas de polímeros reforzados con fibras. Sistemas epoxicos.
