UNIVERSIDAD LAICA «VICENTE ROCAFUERTE» DE GUAYAQUIL YAGUAL QUIMI DUSSAN DANILO
Reforzamiento de Estructuras El Reforzamiento de estructuras está dirigido a incrementar la capacidad de carga y serviciabilidad de una estructura. Se realiza cuando existen nuevas solicitaciones como errores en el diseño o defectuosa mano de obra durante el proceso constructivo.
¿Porqué reforzar? Actualización a nuevos reglamentos Cambio de uso resultante en incremento de cargas Diseño inadecuado Errores y defectos en la construcción Daños estructurales por eventos accidentales (sismos) Corrosión en el acero de refuerzo Eli Elimi mina naci ción ón to tota tall o pa parc rcia iall de el elem emen ento tos s es estr truc uctu tura rale les s existentes.
1950
2010
Tipos de Intervención
Preventiva ○
Disminuir la vulnerabilidad de los elementos de la estructura.
○ Actualización
cargas o vigentes.
por nuevas reglamentos
Correctiva ○ Restituir
condiciones originales en elementos dañados (fuego, ambientes agresivos, sismos, etc.)
○ Mejorar
comportamiento.
Reparación de Estructuras.- Las estructuras dañadas
por efectos del sismo deben ser evaluadas y reparadas de tal manera que se corrijan los posibles defectos estructurales que provocaron la falla y recuperen la capacidad de resistir un nuevo evento sísmico, acorde con los objetivos del diseño sismorresistente.
REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL Los métodos de reforzamiento pueden causar cambios en la rigidez, ductilidad y amortiguamiento de los edificios. Estas propiedades deben ser tomadas en consideración cuando se modifica la capacidad de carga de la estructura.
CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS DE REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL
Incremento de Resistencia:
Incremento de Ductilidad:
Adición de muros de cortantes. Adición de pórticos. Adición de muros laterales a las columnas. Adición de contravientos (armadura). Refuerzo de vigas. Introducción de holguras, especialmente en muros cortos. Reducción de carga muerta. Adición de muros cortantes. Adición de contravientos. Refuerzo de vigas.
Combinación de Resistencia y Ductilidad:
Reforzamiento de la cimentación. Adición de muros laterales a las columnas. Reducción de carga muerta.
Sistemas de Reforzamiento Estructural 1. Arriostramientos metálicos 2. Pantallas en concreto reforzado 3. Encamisado en concreto reforzado 4. Encamisado metálico 5. Platinas metálicas 6. Adición de perfiles metálicos 7. Contrafuertes 8. Postensionamiento externo 9. Materiales Compuestos FRP
Incrementan la resistencia y/o la rigidez de la estructura
10. Disipadores de energía 11. Aislamiento sísmico
Modifican la respuesta de la estructura
Arriostramientos metálicos Los arriostramientos metálicos, también conocidos como anclaje funicular, son elementos pasivos y provisionales, pero necesario, para realizar la contención de las distintas cimentaciones especiales (muros pantalla, pilotes, micropilotes) para realizar el vaciado de la obra y llegar con la excavación a cota de cimentación. Una vez se han ejecutado los forjados de la estructura del edificio, parking, etc., estos mismos ya arriostran y, por consiguiente, se desmontan y se retiran de obra.
Pantallas en concreto reforzado Las pantallas en concreto reforzado (concreto con refuerzo de barras o telas deacero)en forma de bloque o panel son usados en sitios urbanos, donde los dueñosy los constructores construyen edificios de varios pisos. El las pantallas enconcreto reforzado ha demostrado tener buena resistencia a terremotos yexcelente resistencia al viento, el fuego y las termitas.
Encamisado en concreto reforzado Cuando el refuerzo de un elemento estructural se realice mediante su encamisado con concreto reforzado, habrá que preparar la superficie del elemento para garantizar una buena adherencia entre el concreto nuevo y el viejo, además de evitar que ésta se rompa por contracciones volumétricas durante el fraguado. Cuando el encamisado no sea completo, deberá verificarse la necesidad de colocar elementos de conexión que garanticen la transmisión de los esfuerzos de cortante entre la camisa y el elemento por reforzar.
Encamisado metálico Los refuerzos metálicos se pueden emplear para reforzar pilares de hormigón, pero es un proceso complicado. Antes de realizar el refuerzo hay que analizar la entrada en carga del refuerzo y la resolución de los nudos del piso. Además si no se conecta el refuerzo al elemento original deberá llevarse hasta la cimentación, y deben ponerse placas de asiento en cada piso para asegurar su continuidad. Este tipo de refuerzos deberían emplearse para pilares sólo cuando no sea posible emplear refuerzos de hormigón.
Platinas metálicas Las platinas metálicas son bandas de acero que se adhieren a la estructura por medio de pernos. Los cuales se requieren para transmitir las fuerzas de corte de la viga a la losa en compresión, según sea el caso. Se utilizan sistemas de anclajes con adhesivos. Es importante que los pernos de anclaje tengan una adecuada resistencia a la corrosión. Es de notar que las platinas de acero tienen ventajas y desventajas, tanto en su uso como en su costo e instalación: Peso propio elevado (7850 Kg/cm3) Alta resistencia a la tensión. Bajos valores de espesor. Alta sensibilidad a la corrosión, ambientes salinos y químicos, por lo que necesariamente tienen que estar recubiertas por concreto o pintura anticorrosiva. La longitud de las platinas es limitada, y de difícil manejo. Se requieren traslapes y juntas. Su capacidad de carga es en cualquier dirección y el comportamiento a fatiga es adecuado. Aunque el costo del material es relativamente bajo, el costo de instalación no lo es, puesto que requiere necesariamente de equipo de elevación y elementos de fijación.
Adición de perfiles metálicos El método consiste básicamente en la adición de chapas o perfiles de acero normalizados, que trabajarán solidariamente con la estructura de hormigón existente, garantizando una adecuada transmisión de cargas mediante unión soldada de los perfiles de acero, pernos de anclaje o mediante materiales sintéticos en base epoxídica. Se pueden emplear en el refuerzo de cimientos, pilares y jácenas.
Contrafuertes Un contrafuerte, también llamado estribo, es un engrosamiento puntual en el lienzo de un muro, normalmente hacia el exterior, usado para transmitir las cargas transversales a la cimentación.
Postensionamiento externo Son cables de acero que son tensionados en la partelateral de las vigas para así aumentar la capacidad de flexión de la estructura.Los cables tensionados tienen una configuración parabólica, en el centro de lavíga pasan por los desviadores y se llevan hacia el extremo de las vígas donde setensionan y fijan definitivamente en la estructura.
Materiales Compuestos FRP Son materiales compuestos a base de polímeros reforzados con fibras. La fibra es el componente que “absorbe” los esfuerzos de tracción en la dirección axial a las mismas. En sentido perpendicular a la dirección de las fibras, las propiedades resistentes serán exclusivamente las que aporta la matriz polimérica, siendo claramente inferiores. Los Materiales Compuestos FRP tienen importantes funciones como la de: 1. Aportar la resistencia a tracción requerida frente a un esfuerzo de tracción. 2. Aportar rigidez (elevado módulo elástico), resistencia a tracción, entre otros parámetros. 3. Conductividad o aislamiento eléctrico, dependiendo del tipo de fibra.
Fibra
Matriz (Polímer
FRP
Disipadores de energía Esta basada en la idea de colocar en la estructura dispositivos destinados a aumentar la capacidad de perder energía de una estructura durante un terremoto. Toda estructura disipa o elimina la energía de un sismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipación de energía en una estructura, estos van ha experimentar fuertes deformaciones con los movimientos de la estructura durante un sismo. Mediante estas fuertes deformaciones se incrementa notablemente la capacidad de disipar energía de la estructura con una reducción de las deformaciones de la estructura. Estos dispositivos se conocen como disipadores de energía o amortiguadores sísmicos y pueden ser de diversas formas y principios de operación. Los más conocidos son en base a un elemento viscoso que se deforma o con un elementos metálico que logra la fluencia fácilmente.
Aislamiento sísmico Esta basada en la idea de aislar una estructura del suelo mediante elementos estructurales que reducen el efecto de los sismos sobre la estructura. Estos elementos estructurales se denominan aisladores sísmicos y son dispositivos que absorben mediante deformaciones elevadas la energía que un terremoto transmite a una estructura. Estos dispositivos pueden ser de diferentes tipos y formas, los mas conocidos son los basados en goma de alto amortiguamiento, goma con núcleo de plomo, neoprenicos o fricciónales. Al utilizar estos elementos, la estructura sufre un cambio en la forma como se mueve durante un sismo y una reducción importante de las fuerzas que actúan sobre ella durante un sismo. Los sistemas de aislamiento de base consisten en unidades de aislamiento con o sin componentes de aislamiento, donde: •
•
Las unidades de aislamiento son elementos básicos del aislamiento de base que se encargan de ejercer el efecto de desacoplamiento entre el edificio y la cimentación. Los componentes de aislamiento son la conexión entre las unidades de aislamiento y las partes que no están desacopladas.
REFORZAMIENTO DE COLUMNAS 1.-Para reparar columnas con grietas ligeras (con anchos de 0.1 a 0.5mm), sin daño en el concreto ni en el refuerzo, son aplicables inyecciones de resinas epóxicas. En el caso de grandes grietas (anchos de 2 a 5 mm), es aplicable inyecciones de lechada de cemento con epóxico.
2. Para mejorar las resistencia sísmica de una edificación aumentando la capacidad sismorresistente de sus columnas (Reforzamiento de columnas), se usan los siguientes métodos: a.- Incrementando la ductilidad de las secciones de columnas evitando la falla frágil por fuerza cortante. Existen varios procedimientos para lograrlo por ejemplo: Aumentando la sección de la columna añadiendo una malla de alambre soldados adyacentes a la columna existente. Aumentando la sección de la columna existente añadiendo estribos soldados adyacentes a la columna existente. la columna existente con una sección de área Encajar rectangular o circular.
b. Compensación de las rigideces de las columnas. Este método puede aplicarse donde la distribución de fuerza cortante es desigual debido a la existencia de muros de relleno. Se puede lograr de la siguiente manera: Separando o trasladando los muros no estructurales. c. Aumentando la capacidad de Flexión de las columnas. Se puede lograr de la siguiente manera. Aumentando el refuerzo longitudinal de la flexión.
Para
VIGAS
la reparación de vigas dañadas con grietas ligeras se aplican inyecciones epóxicas o lechadas de cemento. Cuando los daños son mayores se realiza operaciones de remoción o reposición. Primeramente deberán apuntalar temporalmente la viga dañada. El proceso de reparación en vigas es similar al de columnas. La envoltura de concreto armado puede realizarse añadiendo concreto a uno y hasta los cuatro lados de la viga. En este caso la compactación del concreto nuevo es difícil sino se realiza por la cara superior de la viga. Una cara rugosa del concreto existente además de anclajes de estribo soldados proporcionan una buena conexión de corte y de flexión entre la viga existente y la envoltura. Las barras de acero longitudinales deberán ser ancladas en la región de apoyo, soldando el refuerzo a un collar de cero (perfil en ángulo) unido a la parte superior de la columna. La envoltura en tres lados debe ser ejecutada debajo de la cara inferior de la losa. El procedimiento mas conveniente para este tipo de envoltura es el concreto a presión (shotcrete.) El refuerzo longitudinal adicional se conecta al existente con barras de conexión soldadas en forma diagonal. Los estribos pasan a través de perforaciones en la losa y soldados. Las envolturas de los cuatro lados aumenta de forma considerable la capacidad a flexión y corte debido al incremento de refuerzo de la dimensión de la sección. El refuerzo longitudinal adicional se conecta al existente con barras de conexión soldadas en forma diagonal. Los estribos pasan a través de perforaciones en la losa y a través de toda la viga. Además estas perforaciones pueden usarse para colocar concreto en la parte de la envoltura debajo de la losa. El refuerzo negativo adicional deberá añadirse.
DETALLES ESTRUCTURALES La
resistencia de los nuevos materiales no deberá ser menor que la de los materiales existente. El espesor de la envoltura no deberá ser menor a 4cm cuando se usa aplicaciones de concreto a presión (shotcrete) y no menor de 8cm para aplicaciones de concreto vaciado normalmente. El refuerzo longitudinal superior e inferior deberá ser continuo y no menor que a 0.005 veces el área bruta en la zona de la junta (conexión viga columna). El refuerzo superior e inferior deberá ser anclado en la zona de columna con longitud suficiente de desarrollo, o ser continuo a través de la junta. En las zonas extremas, en una longitud de hasta 4 veces el peralte de la viga el espaciamiento de estribos no debe ser mayor que ¼ del peralte.
REFORZAMIENTO DE MUROS DE CORTE Debido
a su gran rigidez lateral y resistencia, los muros de corte otorgan la parte mas significativa de la capacidad sísmica de la edificación. Por consiguiente un muro de corte dañado o pobremente diseñado debe ser reparado o reforzado para mejorar su resistencia. Si no hay deterioro ni concreto triturado la aplicación de inyecciones epóxicas es capaz de restituir aproximadamente la resistencia original; sin embargo el muro reparado no tendrá la misma rigidez lateral original debido a que no todas las pequeñas grietas pueden ser inyectadas con el epóxico. En el caso de grietas grandes, concreto triturado o refuerzo pandeado debe utilizase remoción o reposición. Después de remover el concreto suelto, picar y limpiar la superficie, debe colocarse refuerzo adicional o malla de alambre soldado.
DETALLES ESTRUCTURALES La
resistencia del concreto nuevo no debe ser menor que el del muro existente. El incremento del espesor adicional del muro no debe ser menor de 5cm. La cuantía del refuerzo horizontal y vertical no deb ser menor de 0.0025. La cuantía vertical de los elementos de confinamiento de los extremos debe ser mayor de 0.0025. El diámetro de los estribos en los extremos del muro debe ser mayor de 8mm o 1/3 del diámetro del refuerzo vertical de los elementos d confinamiento; en todo caso el espaciamiento no debe ser mayor que el espesor del muro reforzado ni mayor de 15cm. El concreto adicional debe ser adherido al muro existente con dowels pegados con epóxico a 60cm como máximo en cada dirección.
