reforzamientos de estructuras
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QUE ES UN REFORZAMIENTOS DE ESTRUCTURAS, EL PORQUE REFORZAR ENTRE OTROS PARAMETOS.TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD LAICA «VICENTE ROCAFUERTE» DE GUAYAQUIL
YAGUAL QUIMI DUSSAN DANILO
Reforzamiento de
EstructurasEl Reforzamiento de estructuras está dirigido aincrementar la capacidad de carga yserviciabilidad de una estructura.
Se realiza cuando existen nuevas solicitacionescomo errores en el diseño o defectuosa mano deobra 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
Eliminación total o parcial de elementos estructuralesexistentes.
1950 2010
Tipos de Intervención
Preventiva○ Disminuir la vulnerabilidad
de los elementos de la
estructura.
○ Actualización por nuevas
cargas o reglamentos
vigentes.
Correctiva○ Restituir condiciones originales
en elementos dañados (fuego,
ambientes agresivos, sismos,
etc.)
○ Mejorar comportamiento.
Reparación de Estructuras.- Las estructuras dañadaspor efectos del sismo deben ser evaluadas y reparadasde tal manera que se corrijan los posibles defectosestructurales que provocaron la falla y recuperen lacapacidad de resistir un nuevo evento sísmico, acordecon los objetivos del diseño sismorresistente.
MÉTODOS DE
REFORZAMIENTO
ESTRUCTURALLos métodos de reforzamiento pueden causarcambios en la rigidez, ductilidad yamortiguamiento de los edificios. Estaspropiedades deben ser tomadas en consideracióncuando se modifica la capacidad de carga de laestructura.
CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS DE REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL
Incremento de Resistencia: 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.
Incremento de Ductilidad: 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
Estructural1. 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
10. Disipadores de energía
11. Aislamiento sísmico
Incrementan la resistencia y/o la rigidez de la estructura
Modifican la respuesta de la estructura
Arriostramientos metálicos
Los arriostramientos metálicos, también conocidos comoanclaje funicular, son elementos pasivos y provisionales, peronecesario, para realizar la contención de las distintascimentaciones especiales (muros pantalla, pilotes,micropilotes) para realizar el vaciado de la obra y llegar con laexcavación a cota de cimentación.Una vez se han ejecutado los forjados de la estructura deledificio, parking, etc., estos mismos ya arriostran y, porconsiguiente, se desmontan y se retiran de obra.
Pantallas en concreto reforzado
Las pantallas en concreto reforzado (concreto conrefuerzo de barras o telas deacero)en forma debloque o panel son usados en sitios urbanos,donde los dueñosy los constructores construyenedificios de varios pisos. El las pantallasenconcreto reforzado ha demostrado tener buenaresistencia a terremotos yexcelente resistencia alviento, el fuego y las termitas.
Encamisado en concreto reforzado
Cuando el refuerzo de un elemento estructural se realicemediante su encamisado con concreto reforzado, habrá quepreparar la superficie del elemento para garantizar una buenaadherencia entre el concreto nuevo y el viejo, ademásde evitar que ésta se rompa por contracciones volumétricasdurante el fraguado. Cuando el encamisado no sea completo,deberá verificarse la necesidad de colocar elementos deconexión que garanticen la transmisión de los esfuerzos decortante entre la camisa y el elemento por reforzar.
Encamisado metálico
Los refuerzos metálicos se pueden emplear para reforzarpilares de hormigón, pero es un proceso complicado. Antesde realizar el refuerzo hay que analizar la entrada en cargadel refuerzo y la resolución de los nudos del piso. Además sino se conecta el refuerzo al elemento original deberállevarse hasta la cimentación, y deben ponerse placas deasiento en cada piso para asegurar su continuidad. Este tipode refuerzos deberían emplearse para pilares sólo cuandono 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 dechapas o perfiles de acero normalizados, quetrabajarán solidariamente con la estructura dehormigón existente, garantizando una adecuadatransmisión de cargas mediante unión soldada de losperfiles de acero, pernos de anclaje o mediantemateriales sintéticos en base epoxídica. Se puedenemplear en el refuerzo de cimientos, pilares y jácenas.
Contrafuertes
Un contrafuerte, también llamado estribo, esun engrosamiento puntual en el lienzo deun muro, normalmente hacia el exterior, usadopara transmitir las cargas transversales ala cimentación.
Postensionamiento externo
Son cables de acero que son tensionados en lapartelateral de las vigas para así aumentar lacapacidad de flexión de la estructura.Los cablestensionados tienen una configuración parabólica,en el centro de lavíga pasan por los desviadoresy se llevan hacia el extremo de las vígas dondesetensionan y fijan definitivamente en laestructura.
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 ladirección
axial a las mismas. En sentido perpendicular a la dirección de las fibras,las propiedades resistentes serán exclusivamente las que aporta lamatriz polimérica, siendo claramente inferiores.
Los Materiales Compuestos FRP tienen importantes funciones como lade:
1. Aportar la resistencia a tracción requerida frente a un esfuerzo detracción.
2. Aportar rigidez (elevado módulo elástico), resistencia a tracción, entreotros parámetros.
3. Conductividad o aislamiento eléctrico, dependiendo del tipo de fibra.
Fibra
s
Matriz (Polímer
o)
FRP
Disipadores de energía
Esta basada en la idea de colocar en la estructura dispositivosdestinados a aumentar la capacidad de perder energía de una estructuradurante un terremoto. Toda estructura disipa o elimina la energía de unsismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipación deenergía en una estructura, estos van ha experimentar fuertesdeformaciones con los movimientos de la estructura durante un sismo.Mediante estas fuertes deformaciones se incrementa notablemente lacapacidad de disipar energía de la estructura con una reducción de lasdeformaciones de la estructura. Estos dispositivos se conocen comodisipadores de energía o amortiguadores sísmicos y pueden ser dediversas formas y principios de operación. Los más conocidos son enbase a un elemento viscoso que se deforma o con un elementos metálicoque logra la fluencia fácilmente.
Aislamiento sísmico
Esta basada en la idea de aislar una estructura del suelomediante elementos estructurales que reducen el efecto de lossismos sobre la estructura. Estos elementos estructurales sedenominan aisladores sísmicos y son dispositivos que absorbenmediante deformaciones elevadas la energía que un terremototransmite a una estructura. Estos dispositivos pueden ser dediferentes tipos y formas, los mas conocidos son los basados engoma de alto amortiguamiento, goma con núcleo de plomo,neoprenicos o fricciónales. Al utilizar estos elementos, laestructura sufre un cambio en la forma como se mueve duranteun sismo y una reducción importante de las fuerzas que actúansobre ella durante un sismo.
Los sistemas de aislamiento de base consisten en unidades deaislamiento 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 dedesacoplamiento entre el edificio y la cimentación.
• Los componentes de aislamiento son la conexión entre lasunidades de aislamiento y las partes que no están desacopladas.
REPARACIÓN Y
REFORZAMIENTO DE
COLUMNAS1.-Para reparar columnas con grietas ligeras (conanchos de 0.1 a 0.5mm), sin daño en el concretoni en el refuerzo, son aplicables inyecciones deresinas epóxicas. En el caso de grandes grietas(anchos de 2 a 5 mm), es aplicable inyeccionesde lechada de cemento con epóxico.
2. Para mejorar las resistencia sísmica de una edificaciónaumentando la capacidad sismorresistente de sus columnas(Reforzamiento de columnas), se usan los siguientes métodos:
a.- Incrementando la ductilidad de las secciones de columnasevitando la falla frágil por fuerza cortante. Existen variosprocedimientos para lograrlo por ejemplo:
Aumentando la sección de la columna añadiendo una malla dealambre soldados adyacentes a la columna existente.
Aumentando la sección de la columna existente añadiendoestribos soldados adyacentes a la columna existente.
Encajar la columna existente con una sección de árearectangular 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.
REPARACION Y REFORZAMIENTO DE
VIGAS Para la reparación de vigas dañadas con grietas ligeras se aplican inyecciones epóxicas olechadas 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 loscuatro lados de la viga.
En este caso la compactación del concreto nuevo es difícil sino se realiza por la cara superiorde la viga.
Una cara rugosa del concreto existente además de anclajes de estribo soldados proporcionanuna 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 elrefuerzo 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 enforma 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 ycorte debido al incremento de refuerzo de la dimensión de la sección.
El refuerzo longitudinal adicional se conecta al existente con barras de conexión soldadas enforma 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 envolturadebajo de la losa.
El refuerzo negativo adicional deberá añadirse.
sobre la superficie de losa en la zona de la viga y fuera de la columna existente.
DETALLES ESTRUCTURALES
La resistencia de los nuevos materiales no deberá ser menorque la de los materiales existente.
El espesor de la envoltura no deberá ser menor a 4cm cuandose usa aplicaciones de concreto a presión (shotcrete) y no menorde 8cm para aplicaciones de concreto vaciado normalmente.
El refuerzo longitudinal superior e inferior deberá ser continuo yno 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 decolumna con longitud suficiente de desarrollo, o ser continuo através de la junta.
En las zonas extremas, en una longitud de hasta 4 veces elperalte de la viga el espaciamiento de estribos no debe ser mayorque ¼ del peralte.
REPARACION Y
REFORZAMIENTO DE MUROS
DE CORTE Debido a su gran rigidez lateral y resistencia, los muros de corteotorgan la parte mas significativa de la capacidad sísmica de laedificación.
Por consiguiente un muro de corte dañado o pobrementediseñado debe ser reparado o reforzado para mejorar suresistencia.
Si no hay deterioro ni concreto triturado la aplicación deinyecciones epóxicas es capaz de restituir aproximadamente laresistencia original; sin embargo el muro reparado no tendrá lamisma rigidez lateral original debido a que no todas las pequeñasgrietas pueden ser inyectadas con el epóxico.
En el caso de grietas grandes, concreto triturado o refuerzopandeado debe utilizase remoción o reposición. Después deremover el concreto suelto, picar y limpiar la superficie, debecolocarse 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.
AUSENCIA DE REFUERZO
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