universidad centroamericana facultad de ciencia, …repositorio.uca.edu.ni/3981/1/ucani4724.pdf ·...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE DEPARTAMENTO DE DESARROLLO TECNOLOGICO
INGENIERIA CIVIL
“Estudio patológico y propuesta de recuperación del edificio principal del
Colegio Calasanz de la ciudad de León, Nicaragua”
Investigación Monográfica para obtener el Título de Ingeniero Civil
Presentado por:
Br: Jonathan Cristóbal Chavarría Blanco.
Br: Juan José Ruiz López.
Tutor:
Msc. Ing. Jimi Ernesto Vanegas Salmerón
Managua, Nicaragua
Dedicatoria
A mis padres por haberme forjado como la persona que soy en la actualidad;
muchos de los logros se los debo a ustedes, en los que incluyo este. Me formaron
con reglas y ciertas libertades, pero al final de cuentas, me motivaron con constancia
para alcanzar mis anhelos, a mi novia Camila por estar conmigo en los momentos
que necesite apoyo para seguir adelante en todo momento, a mi compañero de tesis
Juan por el cual me motivo en sus momentos para que termináramos el trabajo a
pesar de todos los obstáculos que hubo a lo largo de su redacción.
Dedicatoria
La presente tesis se la dedico a mi familia que gracias a su apoyo pude concluir mi
carrera.
A mis padres y hermanos por su apoyo y confianza en todo lo necesario para cumplir
mis objetivos como persona y estudiante.
A mi padre por brindarme los recursos necesarios y estar a mi lado apoyándome y
aconsejándome siempre.
A mi madre por hacer de mí una mejor persona a través de sus consejos y
enseñanzas y amor.
Agradecimiento
Agradezco a las personas que me han apoyado a lo largo de mi vida y que de alguna
manera me han enseñado las lecciones con las cuales se rige mi vida para llegar a
ser lo que soy en este momento, en especial las que me han dedicado parte de su
tiempo para aconsejarme y buscar como ser mejor hombre cada día.
Agradecimiento
Todos y cada uno de ustedes mi familia han destinado tiempo para enseñarme
nuevas cosas, para brindarme aportes invaluables que servirán para toda mi vida.
Especialmente estuvieron presentes en la evolución y posterior desarrollo total de
mi tesis, les agradezco con creces. Los quiero.
Mi agradecimiento se dirige a quien ha forjado mi camino y me ha dirigido por el
sendero correcto, a Dios, el que en todo momento está conmigo ayudándome a
aprender de mis errores y a no cometerlos otra vez. Eres quien guía el destino de
mi vida.
Te lo agradezco, Padre celestial.
TABLA DE CONTENIDO
1. Introducción ................................................................................................... 1
1.1 Antecedentes ............................................................................................ 2
1.2 Justificación ............................................................................................. 3
1.3 Alcances y limitaciones ........................................................................... 4
2. Objetivos ......................................................................................................... 5
2.1 Objetivo General....................................................................................... 5
2.2 Objetivos específicos .............................................................................. 5
3. Descripción del Sitio ...................................................................................... 6
3.1.1 Generalidades de la Ciudad de León ................................................... 6
3.1.2 Aspectos Geológicos ............................................................................ 6
3.1.3 Estratigrafia ........................................................................................... 7
3.1.4 Clasificación del Suelo ......................................................................... 8
3.1.5 Características de los Vientos ............................................................. 8
3.2 Historia de construcción y descripción del Colegio Calasanz ................ 9
3.2.1 Características constructivas ............................................................ 10
4. Revisión de literatura (Marco Teórico) ....................................................... 11
4.1 Generalidades ........................................................................................ 11
4.1.2 Diagnostico .......................................................................................... 14
4.1.3 Análisis de los detalles de estructuración: ....................................... 14
4.1.4 Análisis previo: patologías según el material (concreto y
metálicas) ...................................................................................................... 15
4.2 Ensayos esclerométricos en hormigón ....................................................... 17
4.1.5 Fisura ................................................................................................... 18
4.2 Análisis de la estructura ............................................................................... 20
4.2.1 Análisis por cargas de viento ............................................................ 20
5. Metodología .................................................................................................. 23
5.1 Esquema de procesamiento de datos .................................................. 23
6. Análisis de la estructura .............................................................................. 25
6.1 Espectro de respuesta sísmica ............................................................. 25
6.1.1 Calculo de Coeficiente Sísmico ......................................................... 25
Grupo de la Estructura ................................................................................ 25
Factor por Reducción por ductilidad .......................................................... 25
Factor de Reducción por sobre Resistencia ............................................. 26
6.2 Calculo de presiones de vientos........................................................... 29
6.2.1 Rugosidad del terreno ........................................................................ 33
6.2.2 Velocidad Regional ............................................................................. 33
6.2.3 Factor de Variación con la Altura ...................................................... 34
6.2.4 Factor Correctivo por topografía y rugosidad .................................. 34
6.2.5 Velocidad y Presión de Diseño .......................................................... 34
6.3 Cargas ..................................................................................................... 35
7. Inspección visual ......................................................................................... 37
8. Auscultación de la estructura ..................................................................... 45
8.1 Prueba del Esclerómetro (Martillo Suizo) ................................................ 45
8.2 Prueba del equipo de Pulso Ultrasónico ................................................. 51
9. Análisis de la Respuesta Sísmica de la Estructura ................................... 58
10. Propuesta de Intervención........................................................................ 61
Propuesta de intervención de columnas ....................................................... 61
Propuesta de intervención de vigas .............................................................. 70
Propuesta de intervención de losas .............................................................. 71
11. Conclusiones ............................................................................................. 73
12. Recomendación ......................................................................................... 74
13. Plan de Mantenimiento ............................................................................. 76
14. Bibliografía ................................................................................................. 77
15. Anexos ....................................................................................................... 79
Anexo I. Levantamiento fotográfico de elementos estructurales. ............... 79
Anexo II. Plantas arquitectónicas. .................................................................. 81
Anexo III. Detalle de sección de columnas propuestas. .............................. 82
Anexo IV. Detalle de sección de vigas y losas propuestas. ......................... 83
1
1. Introducción
La patología estructural trata del estudio de las enfermedades en la edificación como
procesos anormales causados por factores conocidos o desconocidos. Para probar
la existencia de una enfermedad, se examina la existencia de una lesión en sus
niveles estructurales. Este concepto general puede ser aplicado a las estructuras,
encontrando así una definición acertada de patología estructural. Se entiende por
patología estructural, según el Ingeniero Ricardo Castellanos (2001), “Como el
estudio del comportamiento de las estructuras cuando presentan evidencias de
fallas, buscando detectar sus causas y proponer acciones correctivas o su
demolición.”
Los estudios patológicos han permitido a lo largo de la historia el mantenimiento de
estructuras con valor patrimonial en todo el mundo. Durante los últimos años se han
desarrollado metodologías para realizar estos estudios patológicos, así como
también la invención y utilización de equipos que proveen un análisis más preciso,
para determinar las causas de los daños en las estructuras.
El edificio del Colegio Calasanz situado en la ciudad de León y construido a
mediados del siglo XX, presenta una estructura principal de concreto reforzado
específicamente para aulas de clases teniendo 3 niveles, la estructura se encuentra
deteriorada por lo cual, según la Directora del Centro, se contrató a un ingeniero
para su mejoramiento y reforzamiento, teniendo efecto contrario debido a la
debilitación de la edificación por la demolición parcial del tercer piso, para los niveles
inferiores se realizó el reforzamiento de columnas con apoyos de columnas de acero
(Cajas de perlines de 4”x4”), presentando en el ala Oeste algunas columnas con
hasta 3 caja de perlines de refuerzo.
Con el presente trabajo investigativo, se pretende conocer el estado de servicio y
condiciones de seguridad estructural por medio de pruebas no destructivas,
realizando así un estudio patológico a fondo para proponer medidas de
reforzamiento a la estructura principal. Este estudio se realizará por medio de
distintas herramientas para las pruebas, tomando en cuenta los resultados de la
investigación se tomaran medidas para iniciar acciones de rehabilitación con el
objetivo de conservar la estructura y que vuelva a tener el nivel de seguridad y
serviciabilidad que el Colegio Calasanz requiere para sus estudiantes, teniendo en
cuenta las condiciones a las que se encuentra sometida la edificación debido a la
posición geográfica y la geología existente en la localización.
2
1.1 Antecedentes
En Nicaragua el ingeniero civil se ha limitado a estudios de vulnerabilidad sísmica y
diagnósticos estructurales, este tipo de estudio se centra en el funcionamiento y
desempeño estructural, y no en el porqué del desempeño, por qué está fallando el
material, porque se presentan fisuras, grietas, etc. La patología estructural ha sido
un concepto poco estudiado, así como poco practicado, pero en los últimos años se
ha tomado en serio la recuperación de las edificaciones con valor histórico, cultural
o preservación de patrimonio privado por lo que ingenieros estructurales de distintos
países han buscado la manera de establecer criterios y herramientas que provean
ayuda al momento de identificar las distintas fallas, grietas y fracturas de la
construcción.
Por poseer gran cantidad de edificaciones de gran valor histórico los estudios
patológicos han ido en aumento para buscar la extensión de la vida útil en las
construcciones. En Nicaragua la mayoría de estudios patológicos se centran en los
edificios que quedaron después del terremoto de 1972 ocurrido en Managua,
estudios tales como el Palacio Nacional de la Cultura (INC, 1998), el Estadio
Nacional Denis Martínez (CIGEO, 2008), la antigua Catedral de Managua
(Rodríguez, 1995), etc. En los cuales su preservación es necesaria por su belleza
arquitectónica.
El Colegio Calasanz de León fue construido en los años 60 por un grupo de
sacerdotes provenientes de España, uno de ellos el Padre Bruno Martínez, este
grupo pertenecía a la Orden Calasancia. Al principio el colegio era solo para
varones, pero después del terremoto en Managua de 1972 cambiaron su pedagogía
a mixtos. Los edificios con los que cuenta recientemente el recinto datan desde su
fundación por lo que presentan fallas en los elementos estructurales. El edificio
principal desde su construcción es una estructura de 3 niveles, en los que
anteriormente el primer y segundo nivel tenían como destino ser aulas de clases y
el tercer nivel como destino apartamentos para los sacerdotes de la Orden
Calasancia.
Por las afectaciones que ha tenido a lo largo del tiempo tales como erupciones
volcánicas del volcán Cerro Negro, San Cristóbal, Telica, etc., sismos de gran
magnitud debido a las placas tectónicas, huracanes como el Huracán Mitch en 1998
(el de mayor impacto recientemente), se han realizado estudios con el objetivo de
reforzar la estructura principal de la edificación, por lo cual una de las acciones para
mejorar la integridad estructural fue la demolición parcial del tercer piso teniendo
como consecuencia el debilitamiento de los elementos en los pisos inferiores y el
reforzamiento que se propuso fue el anexo de cajas de perlines metálicas en las
columnas del primer y segundo piso.
3
1.2 Justificación
Nicaragua, un país con historia desde los tiempos de la colonización posee
increíbles estructuras las cuales tienen valor histórico no solo para el país sino para
la humanidad teniendo gran cantidad de edificios que datan de siglos de antigüedad.
La ciudad de León no es la excepción de poseer este tipo de construcciones las
cuales se pretende evitar su deterioro para conservarlas como patrimonio.
El Colegio Calasanz de León es una institución educativa la cual tiene muchos años
de haberse establecido en esa ciudad, teniendo en sus edificaciones,
construcciones que datan desde su apertura. Varias construcciones que están
destinadas para aulas de clases como a la que se realizara el estudio presentan
fallas en sus elementos estructurales, esto debido a la antigüedad de su
construcción, así como de los daños recibidos por los movimientos telúricos y
sísmicos, provocados por el movimiento de las placas tectónicas Coco y Caribe, y
la existencia de la cordillera volcánica por lo que la ciudad de León tiene varios
volcanes en sus cercanías por lo cual se deterioran las estructuras no solo por la
sismicidad de la zona sino por la actividad volcánica existente.
La presencia de fisuras, grietas y deflexiones considerables en los distintos
elementos de la estructura demuestra el deterioro que presenta el edificio, debido a
que estas afectaciones disminuyen la resistencia y el grado de serviciabilidad de la
edificación. En algunos elementos que presentan explosión de concreto, se puede
observar el acero de refuerzo utilizado para su construcción el cual, al estar
expuesto, acelera su proceso de corrosión, lo que hará que el elemento pierda su
capacidad de resistencia a la tensión y por ende ocasionar daños considerables o
colapsos parciales o totales del elemento o edificación.
Se pretende realizar el estudio patológico para conocer el grado de deterioro que
presentan los principales elementos estructurales y de esa manera proveer la
posible rehabilitación del mismo, esto debido a que visualmente se encuentran en
regular estado por el tiempo de construido y las distintas afectaciones que deterioran
los mismos-
4
1.3 Alcances y limitaciones
El estudio patológico que se realizara al edificio principal del Colegio Calasanz de
León tiene como principal objetivo la recuperación de la resistencia de los
principales elementos estructurales, esto se propondrá tomando en cuenta los datos
obtenidos según las pruebas no destructivas realizadas a la estructura, siendo estos
los principales objetos de análisis para el estudio. Por lo consiguiente el documento
tiene como alcance el análisis para proponer el reforzamiento de la estructura
existente y la reestructuración del tercer piso para hacerlo útil al colegio. En el caso
de encontrarse otra patología en las estructuras que no se obtuvieron en las pruebas
realizadas se recomienda realizar un análisis con estudios complementarios que
den solución a los mismos.
El estudio consiste en la propuesta de intervención para el mejoramiento de la
resistencia en la estructura, la ejecución de las recomendaciones presentadas en el
documento corresponderá a las autoridades del colegio.
La propuesta de intervención está limitada a la tecnología y técnicas viables para
su utilización en el país, considerando la existencia de las mismas en el territorio.
5
2. Objetivos
2.1 Objetivo General
Elaborar un estudio patológico con el fin de elaborar la propuesta de
rehabilitación y reforzamiento de la estructura existente del edificio principal
del Colegio Calasanz ubicado en la Ciudad de León.
2.2 Objetivos específicos
Identificar y localizar las patologías presentes en los elementos estructurales,
con el fin de obtener un nivel de daños y proponer el reforzamiento y
reparación de los distintos elementos estructurales afectados.
Determinar las propiedades físico-mecánicas de los elementos estructurales
principales de la edificación, mediante la aplicación de ensayos no
destructivos.
Modelar la estructura con el fin de determinar su estado de servicio en función
de la evaluación de la resistencia de los elementos estructurales.
Elaborar la propuesta de rehabilitación y reforzamiento de los distintos
elementos estructurales.
Realizar propuesta de mantenimiento general a la estructura principal para
aumentar el nivel de servicio del edificio.
6
3. Descripción del Sitio
3.1.1 Generalidades de la Ciudad de León
La ciudad de Santiago de los Caballeros de León, o comúnmente conocida como
León, perteneciente al departamento que lleva el mismo nombre, fue en el siglo XVI
en junio del año 1524, actualmente ubicada en el occidente del país con
coordenadas de 12°26´ latitud norte y 86°53´ de longitud oeste.
Figura 3.1. Mapa de la ciudad de León (INETER, 2012)
En este departamento se ubican cuatro volcanes de la Cordillera de los Maribios y
además se encuentran bellas playas, pueblos históricos y sobre todo iglesias de
hermosas arquitecturas.
La ciudad de León es la segunda ciudad de importancia del país, se encuentra
ubicada en un llano entre dos depresiones: El rio Chiquito al sur, y el Pochote al
Norte; a una elevación de 109.21 msnm. (Vanegas, 2002)
3.1.2 Aspectos Geológicos
7
León, está ubicado en la parte occidental del país entre las coordenadas 12°26’ de
latitud norte y 86°53’ de longitud oeste. La ciudad de León es la segunda ciudad en
importancia del país y se encuentra ubicada en un llano entre dos depresiones: el
rio chiquito al sureste y el rio pochote al noroeste.
La orografía del municipio está conformada por un sistema de cauces, el rio Chiquito
y Pochote, y sus afluentes, más que ríos son quebradas secas que nacen al pie de
monte de la Cordillera de los Maribios que se encuentra al norte de la ciudad y
drenan al océano pacifico por el sur y oeste. Los ríos Chiquito y el Pochote
disminuyen su caudal durante el verano. Otros pequeños ríos del municipio son: las
salinas y el platanar, circunvalando el perímetro urbano de la ciudad de león, antes
de su confluencia abajo del barrio Sutiaba.
La topografía del municipio es en general bastante llana y extensa. No existen en el
perímetro municipal de león montañas que por su categoría ameriten tal nombre.
Solamente existen alturas medianas como las de Acosasco, Cerro de Santiago,
Colina de San Pedro y algunas otras de menor importancia.
La ciudad de león tiene una altitud sobre el nivel medio del mar: 109.21 metros.
(Vanegas, 2002)
3.1.3 Estratigrafia
Geológicamente la ciudad está situada en un gran valle limitado hacia el oeste por
el Océano Pacifico y hacia el este por la cordillera de montañas y volcanes conocida
como la Cordillera de los Maribios. La depresión encontrada en esta zona
comprende desde el golfo de Fonseca hasta la costa oriental de Costa Rica. Esta
depresión está limitada hacia el oeste por una estrecha zona del gran sistema de
falla encontrado hacia el Nor-este de la ciudad, hacia el este es más complejo por
lo que no es fácilmente definirla con el sistema de falla que va desde la parte Nor-
este hacia la parte sur-este del país. (Vanegas, 2002)
La depresión está formada por una mezcla de aluviones, sedimentos procedentes
del océano, depósitos de materiales volcánicos tales como materiales volcánicos de
caída con profundidades superiores a los 500 metros. La profundidad de la roca
firme (basamento profundo) no está todavía definida o no se conoce aún en esta
zona.
La ciudad de León, está situada justo en el medio de la depresión sobre una sección
transversal de Nicaragua. Debajo de esta sección aproximadamente a unos 100
metros de profundidad encontramos comúnmente arcilla fina, cantera, talpetate y
arena. También se pueden encontrar rocas y piedras pómez. El nivel freático del
agua se puede localizar a una profundidad entre los 20 y 30 metros de profundidad.
8
La cantera es un conglomerado volcánico de lodo solidificado, pasando
simultáneamente de duro a frágil y es frecuentemente usado en la construcción
como bases. (Vanegas, 2002)
3.1.4 Clasificación del Suelo
Arcilla limosa de color rojo oscuro, es un estrato compuesto por arena muy fina cuya
clasificación S.U.C.S. es ML. Este estrato tiene un espesor 6 pies (1.83 metros) con
un porcentaje de humedad que varía de los 14.8% a 15.4%. La resistencia a la
penetración normal va desde los 21 a los 39 golpes/pie de penetración. (Vanegas,
2002)
Arena limosa, es un estrato compuesto de arena fina y limos (más porcentaje de
arena que limos) de color café claro a gris, cuya clasificación S.U.C.S. es SM. Este
estrato tiene un espesor de aproximadamente 3 pies (0.91 metros). Este estrato
presenta una humedad del 11.4% y una resistencia a la penetración normal de 173
golpes/pie de penetración hasta la profundidad alcanzada. (Vanegas, 2002)
Figura 3.2. Estratigrafía de León. (Vanegas, 2002)
3.1.5 Características de los Vientos
9
El flujo predominante del viento en León, es de rumbo este-noreste, obteniendo
velocidades de 2.7 m/s, 2.9 m/s, cabe mencionar que las velocidades del viento son
más fuertes en los meses de diciembre y enero, presentando valores que oscilan
entre 3.5 y 5.3 m/s; debido a que en el invierno boreal las Altas Presiones
Subtropicales se refuerzan lo que hace que el flujo Alisios sea más constante y
rápido (INETER 2007).
Según el RNC-07, la edificación se encuentra comprendida como Tipo 1, las cuales
son construcciones que no son sensibles a las ráfagas de vientos, teniendo
suficiente resistencia para no tener deformaciones en la estructura.
3.2 Historia de construcción y descripción del Colegio Calasanz
El Colegio Calasanz de León fue construido a mediados del Siglo XX por la orden
Calasancia, específicamente por el Padre escolapio Bruno Martínez. La estructura
en sus principios fue diseñada como salones de clases en el primer y segundo nivel,
y apartamentos en el tercer nivel en los cuales se alojaban los sacerdotes de la
orden Calasancia que asumían el rol de directivos de la institución académica.
Tabla 3.1 Áreas por nivel del Colegio Calasanz
(Fuente Propia)
En cuanto a la distribución de espacios arquitectónicos, el Colegio Calasanz
constaba con un total de 21 instalaciones para atender diferentes tipos de
ambientes, los cuales se muestran en la tabla 3.2.
Tabla 3.2. Ambientes del Colegio Calasanz
ÁREAS POR NIVEL DEL COLEGIO CALASANZ
NIVEL Área (m²)
II 2631.063
II 2631.063
III 2631.063
ÁREA TOTAL DEL COLEGIO
7893.189 m²
10
Ambiente Cantidad
Aulas de Clase 10
Laboratorio de Computación 1
Oficina de Dirección 1
Oficina de Subdirección 1
Recepción 1
Oficina Administrativa 1
Biblioteca 1
Capilla 2
Servicios Higiénicos 2
Apartamentos 1
Total de Ambientes 21
(Fuente Propia)
3.2.1 Características constructivas
El edificio principal del Colegio Calasanz se encuentra construido de marcos de
concreto reforzado de 4000 Psi, y mampostería de bloque de concreto confinado.
La edificación es principalmente utilizada como aulas de clases por lo que los muros
de mampostería no cubren en su totalidad la altura debido a las ventanas existentes.
En general, el diseño es en su mayoría regular, siendo bastante simétrico la
distribución de ambientes en el primer y segundo nivel, el tercer nivel se desconoce
su distribución debido a la casi demolición que se realizó al tratar de proveerle mayor
resistencia a los elementos estructurales.
Figura 3.3. Elevación de marcos de concreto reforzado. (Fuente Propia)
11
4. Revisión de literatura (Marco Teórico)
4.1 Generalidades
La palabra patología, etimológicamente hablando, procede de las raíces griegas
pathos y logos, y se podría definir, en términos generales, como el estudio de las
enfermedades. Por extensión la patología constructiva de la edificación es la ciencia
que estudia los problemas constructivos que aparecen en el edificio o en alguna de
sus unidades con posterioridad a su ejecución. (Broto, C., & Mostaedi, A., 2005)
Como todo elemento en la naturaleza las construcciones civiles tienen sus
debilidades debido a factores externos e internos, así como químicos y físicos los
cuales deterioran la estructura interna provocando el fallamiento de los elementos
principales. La patología es el estudio de estos factores, provocando el desarrollo
de técnicas para evitar el deterioro y posterior colapso, así como mejorar la
resistencia para proveer seguridad a los usuarios del edificio.
En la figura 4.1 se demuestra la secuencia que se debe realizar en todo estudio
patológico de concreto reforzado:
12
Figura 4.1. Patología del hormigón, secuencias (Morocho, 2011)
Resulta importante diferenciar entre lo que es una patología y lo que es una lesión
y la causa que lo produce, dado que un proceso patológico no queda resuelto hasta
que no sea interrumpido su origen. Siendo uno de los puntos claves de toda
reparación por ende no se trata de resolver un síntoma (lesión) sino de atacar la
causa (origen) puesto que si no es así las lesiones volverán aparecer nuevamente.
Las lesiones no suelen aparecer solas sino confundidas entre sí, siendo
manifestaciones observables de un problema constructivo, existiendo diferentes
tipos de lesiones como: primarias y secundarias diferenciadas por el hecho de que
en muchas ocasiones una lesión es origen de otra.
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 causas el técnico,
especialista, o bien patólogo estructural, debe establecer un diagnóstico de la
enfermedad que sufre la estructura. Entre tanto un diagnostico permite conocer la
enfermedad (falla o defecto de la estructura), condiciones de funcionamientos y
resistencia.
13
4.1.1 Principios básicos para el reconocimiento de una patología estructural:
Para iniciar cualquier tipo de investigación patológica a una estructura siempre se
deben tener presentes los antecedentes históricos de la misma. Estos antecedentes
permitirán tener unas ideas más claras de cuáles son las causas por las que se
pueda estar presentando dicha patología en la estructura.
Figura 4.2 Inspección visual de deterioro en la estructura (Morocho,2011)
Hay algunos aspectos que se deberán de tomar en cuenta al iniciar un estudio
patológico.
Sismos: Los movimientos telúricos ocurridos durante la vida útil de la
estructura.
Proceso constructivo: Dependiendo de la forma en que estén dispuestos
todos los elementos que componen el sistema estructural primario de las
edificaciones, se lograra de una forma más acertada diagnosticar las causas
y de igual forma dar las recomendaciones para el tipo de intervención que se
le deba realizar a la estructura afectada.
Estado de los materiales: En la calidad y la forma de como sea su
composición se podrá determinar por medio de modelación y cálculos
matemáticos los parámetros mínimos de resistencia que tiene la estructura.
Entorno: Depende de la geografía, topografía, características ambientales
donde se encuentra ubicada la estructura y de todo su entorno, que permita
que por diferentes causas (físicas, mecánicas o químicas) se pueden estar
presentando los síntomas para una patología estructural.
14
4.1.2 Diagnostico
Criterios para la evaluación de las estructuras
Análisis de grietas:
Posteriormente a la etapa de toma de datos y estudio de la cinemática de las grietas,
podremos estudiar su morfología y deducir su origen. Con esto podremos tener una
idea muy precisa de cuáles son las causas primeras de la patología y a partir de ahí
plantear una terapia adecuada.
Inspección del estado de los elementos estructurales.
Ubicarse la disposición de los diferentes elementos especialmente los más críticos,
de igual modo, deben revisarse defectos y fallas que muestre la estructura
Inspección del estado de los puntos estructuralmente importantes.
Deben emplearse modelos que reflejen adecuadamente el estado actual del edificio,
y tengan en cuenta los procesos de deterioro que puedan resultar importantes.
Inspección de la corrosión del acero de refuerzo.
Inicialmente, se realiza una inspección visual, enfocando la búsqueda a la presencia
y orientación de fisuras y aparición de óxido de hierro en la superficie del concreto,
seguido de una inspección física, que trata de seguir la posición del acero de
refuerzo, utilizando para ello un martillo común para detectar zonas de mala calidad
física asociada
Análisis estructural antes del daño.
Permite conocer sobre el estado de las edificaciones, y probablemente algún daño
por incipiente que parezca descubierto en esta etapa.
4.1.3 Análisis de los detalles de estructuración:
Son detalles que afectan de manera directa la regularidad de la estructura,
provocando en algunos casos concentración de esfuerzos en elementos principales
interiores de la edificación los cuales pueden provocar colapso, diferencia de
edades en la construcción teniendo variaciones en la resistencia del concreto,
deterioro en elementos unidos por juntas debido al choque entre las construcciones.
Distribución de rigideces.
15
Columnas cortas.
Asimetrías.
Conexiones.
Juntas de dilatación.
Evidencias de remodelaciones.
Revisión de las memorias de cálculo.
Revisión de reglamentos vigentes.
4.1.4 Análisis previo: patologías según el material (concreto y metálicas)
- Inspección visual. La observación y análisis permite determinar las causas
de las manifestaciones de daños que pocas veces se encuentran de manera
evidente.
Figura 4.3 La inspección de un inmueble requiere familiaridad y reconocimiento del
comportamiento de las estructuras. (Google, 2016)
- Inspección referente a la toma de muestras, catas y ensayos
destructivos. Busca principalmente determinar mediante ensayos de tipo
organoléptico, mecánico y químico las características físicas de los distintos
materiales que forman parte de la estructura.
- Ensayos no destructivos. Pretende obtener la mayor cantidad de
información posible con la menor afectación posible a la estructura.
Entre los ensayos no destructivos se encuentran los siguientes:
Ensayo de durezas (en algunos casos no se considera como ensayo no
destructivo, especialmente cuando puede comprometer la resistencia de la
pieza a cargas estáticas o a fatiga)
16
Inspección visual, microscopía y análisis de acabado superficial
Ensayos por líquidos penetrantes
Inspección por partículas magnéticas
Ensayos radiológicos
Ensayo por ultrasonidos
Ensayos por corrientes inducidas
Ensayos de fugas: detección acústica, detectores específicos de gases,
cromatógrafos, detección de flujo, espectrometría de masas, manómetros,
ensayos de burbujas, etc.
- La inspección por líquidos penetrantes
El procedimiento consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la
superficie en estudio, el cual penetra en cualquier discontinuidad que pudiera existir
debido al fenómeno de capilaridad. Después de un determinado tiempo se elimina
el exceso de líquido y se aplica un revelador, el cual absorbe el líquido que ha
penetrado en las discontinuidades y sobre la capa del revelador se delinea el
contorno de éstas.
Figura 4.4 Líquidos Penetrantes (Morocho, 2011)
1. Corte de un material que presenta una grieta.
2. La superficie del material se cubre con penetrante.
3. Se elimina el exceso de penetrante.
4. Se aplica el revelador, volviéndose visible el defecto.
- Los equipos de ultrasonido que se utilizan actualmente permiten detectar
discontinuidades superficiales, sub superficiales e internas, dependiendo del
tipo de palpador utilizado y de las frecuencias que se seleccionen dentro de
un rango, que va desde 0.25 hasta 25 MHz. Las ondas ultrasónicas son
generadas por un cristal o un cerámico piezoeléctrico denominado
17
transductor y que tiene la propiedad de transformar la energía eléctrica en
energía mecánica y viceversa.
Al ser excitado eléctricamente el transductor vibra a altas frecuencias generando
ultrasonido. Las vibraciones generadas son recibidas por el material que se va a
inspeccionar, y durante el trayecto la intensidad de la energía sónica se atenúa
exponencialmente con la distancia del recorrido. Al alcanzar la frontera del material,
el haz sónico es reflejado, y se recibe el eco por otro (o el mismo) transductor. Su
señal es filtrada e incrementada para ser enviada a un osciloscopio de rayos
catódicos.
Figura 4.5. Equipo de Pulso Ultrasónico (Google, 2016)
Equipo portátil de inspección por ultrasonidos. A la derecha del equipo, unido por
un cable, se puede observar el palpador (en donde se aloja el transductor).
4.2 Ensayos esclerométricos en hormigón
El martillo para ensayos de hormigón Original Schmidt es la herramienta más utilizada en todo el mundo para realizar ensayos no destructivos en el hormigón. Para este caso se hizo necesaria esta prueba ya que no se tiene ningún tipo de información de resistencia de la estructura (documentación existente), más que la proporcionada y extraída por inspección visual.
18
Figura 4.6. Ensayo con martillo de rebote (Fuente Propia)
El martillo para ensayos de hormigón Original Schmidt es la herramienta más utilizada en todo el mundo para realizar ensayos no destructivos en el hormigón. Para este caso se hizo necesaria esta prueba ya que no se tiene ningún tipo de información de resistencia de la estructura (documentación existente), más que la proporcionada y extraída por inspección visual.
4.1.5 Fisura
Se denomina fisura la separación incompleta entre dos o más partes con o sin
espacios entre ellas. Su identificación se realizara según su dirección, ancho y
profundidad utilizando los siguientes adjetivos: longitudinal, transversal, vertical,
diagonal, o aleatoria. Los rangos de los anchos son los siguientes:
Tabla 4.1 Rango de anchos de Fisura
Tipo Medida
Fina Menos de 1mm
Media Entre 1 y 2mm
Ancha Más de 2mm
(Enciclopedia Broto de patologías de la construcción, s.f)
Se deben utilizar comparadores de fisuras o fisurometros para medirlas y
monitorearlas y se instalaran algunos testigos para definir el actual estado de
actividad.
19
Figura 4.7. Ejemplo de patrón de Fisuración (Morocho, 2011)
- Patrón de Fisuración
Se refiere a la cantidad de figuraciones sobre la superficie, pudiendo ser localizada
media o amplia.
- Control de Fisuración
El control de la Fisuración es muy importante a fin de determinar si la grieta o fisura
está viva o muerta y conocer su evolución en el tiempo. Para ello hay que marcar la
situación inicial y utilizar algún sistema que permita determinar su evolución.
Las Fisuras se clasifican en:
•Fisuras vivas. - Si continúan en movimiento, abriéndose o cerrándose.
•Fisuras muertas. - Si están ya estabilizadas en su estado final.
Las fisuras o grietas deben ser observadas y estudiadas con mucho detalle, ya que
proporcionan valiosísima información sobre su origen y su estado de evolución.
Mediante la observación visual se puede determinar si son fisuras o grietas, saber
la dirección y la forma por la apertura de sus labios y el sentido de su movimiento.
Hay que tener en cuenta la evolución estacional, épocas de calor y de frío, por lo
que un estudio completo de la evolución puede durar un año. Pasando la mano por
la superficie del paramento dañado, se puede determinar si hay un escalón entre
los dos semiplanos a ambos lados dela grieta o fisura, y a conocer cómo se
desplazan uno respecto al otro. Si la grieta está viva, las causas son mecánicas y
el deterioro será más o menos importante, en función de la velocidad de aumento
20
de la grieta. Para aumentos muy rápidos, si casi se ve crecer la grieta, la ruina es
inminente.
- Causas de las fisuraciones
Las causas más comunes de las fisuraciones son debidas a problemas intrínsecos
del propio concreto, problemas del proyecto y/o de ejecución de obra, como por
ejemplo: curado deficiente, retracción, entumecimiento, variaciones térmicas,
ataque químico, solicitaciones excesivas, errores de proyecto, errores de ejecución,
asientos.
4.2 Análisis de la estructura
4.2.1 Análisis por cargas de viento
Toda estructura está constantemente sometida a la acción del viento,
principalmente las de más de 2 o 3 pisos; también las que están ubicadas en zonas
donde la velocidad del viento es significativa, o en las que debido a su forma son
más vulnerables a los efectos aerodinámicos.
En Nicaragua, el Reglamento Nacional de la Construcción (RNC-07) considera un
capítulo destinado, a la estimación de cargas debido a viento, y los métodos
requeridos para su análisis. A continuación, se muestra los criterios establecidos en
el reglamento para la determinar los esfuerzos de presión de viento, considerando
las características del sitio; se abordará de manera general las consideraciones y
fórmulas utilizadas para el análisis de cargas de viento por el método estático.
- Calculo de Velocidades
Las actuaciones de las cargas de viento sobre la superficie de una estructura
generan presiones de empuje y succión sobre su superficie. Las fuerzas de empuje
se generan en la dirección de Barlovento, y las presiones de sotavento
corresponden a las cargas de succión. Estas cargas se encuentran íntimamente
relacionadas con las condiciones topográficas, geológicas y climatológicas de cada
sitio, por lo que pueden variar de un lugar a otro. Para fines de diseño en Nicaragua
se ha clasificado tres zonas de amenazas eólicas las cuales se muestran en la figura
siguiente:
21
Figura 4.8. Clasificación de riesgo eólico en Nicaragua (MTI, 2001)
La ciudad de León se encuentra en la zona de peligrosidad 1, que corresponde a
los sitios con mayor altura sobre el nivel del mar, y sitios que, dada las condiciones
de relieve, se encuentran protegidos por volcanes o formaciones montañosas, de
manera que las velocidades del viento son sensiblemente menores a las otras
zonas.
En dependencia del nivel de importancia de la estructura y la zona en que se
encuentra ubicada, se consideraran velocidades regionales de vientos para distintos
periodos de retorno. El Colegio Calasanz por ser una estructura fundamental,
clasificada como tipo A (escuelas, hospitales, iglesias, etc.), requiere cálculo de
velocidad para un periodo de retorno de 200 años, puesto que entre mayor vida útil
requiera una construcción, las probabilidades de exponerse a grandes velocidades
incrementa.
La velocidad regional para una zona eólica puede estimarse usando los valores
establecidas en la siguiente tabla:
22
Tabla 4.2: Velocidades regionales según la importancia de la estructura y la
zona eólica (MTI, 20017)
Zona Eólica Periodo de retorno
50 años 200 años
1 30 m/s 36 m/s
2 45 m/s 60 m/s
3 56 m/s 70 m/s
También con ayuda del mapa de isotacas, y en dependencia de la zona de ubicación
exacta del sitio donde se realizará el análisis debido a viento, se estimará la
velocidad regional para diferentes periodos de retorno. Como la estructura es
esencial fue clasificada como Tipo A, y se definió que el periodo de retorno para
este tipo es de 200 años, se utilizara el mapa de isotacas para este periodo:
Figura 4.9 Mapa de isotacas, en m/s, para un periodo de retorno de 200 años
(MTI, 2007)
23
5. Metodología
5.1 Esquema de procesamiento de datos
Para poder cumplir con los objetivos planteados, esta investigación se
fundamentará en las siguientes etapas.
- Recopilación de Información: Esta etapa se basa en la recopilación de
información acerca del edificio, que pudiera ser importante para el desarrollo
esta investigación, tal como reseña histórica, estudios de suelos,
mantenimientos, planos, detalles constructivos, y otros estudios que se han
realizado en el edificio. La recopilación de información se realiza por medio
de material bibliográfico, de acorde a la temática de estudio, como revista,
artículos, proyectos de grado libros, que se enfocan principalmente en
análisis patológico estructural, además de consultar a la directora y
sacerdotes del colegio para recopilar información acerca de la construcción
del colegio, o si se posee planos.
- Inspección Visual: Se recolectará información fotográfica, mediante el
recorrido de las instalaciones del edificio, con el fin de identificar los daños
en la estructura. Para cuantificar los daños y cualificar la severidad, se llevará
un registro en fichas de las patologías presentes en la estructura.
- Ejecución de Ensayos: Luego de finalizar la inspección visual, se evaluará
el estado de los elementos: columnas vigas, zapatas, pisos, analizando a
fondo las fallas presentadas teniendo en cuenta variables como temperatura,
humedad, ancho de fisuras, longitud de fisuras, asentamientos, deflexiones
y funcionalidad de los elementos. Las mediciones a utilizarse en este proceso
de auscultación de la estructura se enfocarán en pruebas no destructivas. Se
hará uso de las diferentes técnicas ya que no se pretende inducirle más daño
a la estructura o a los elementos afectados con la extracción de testigos para
los ensayes. Con la realización de este tipo de pruebas, ayudara a identificar
los sitios o zonas más afectadas por los daños presentados y donde se
requiera de mayor énfasis en la intervención. Las pruebas son las siguientes:
24
- Velocidad de pulso ultrasónico (Pundit Lab): El equipo de prueba
ultrasónico medirá la longitud de trayectoria, la profundidad de la grieta
perpendicular y la medición de la velocidad en superficie. Esta prueba se le
practica a columnas, losas y vigas de concreto reforzado, midiendo las
velocidades de pulso ultrasónico, las cuales posteriormente se utilizan para
el cálculo del módulo de elasticidad, que es una de las propiedades más
difíciles y complicadas de determinar en los elementos de concreto
endurecido. El cálculo del módulo de elasticidad se hará a través de la
determinación del coeficiente o relación de Poisson, estos valores varian
entre 0.15 y 0.20, aunque es posible observar valores fuera de este intervalo
debido a que no es muy consistente. De los valores de relación de poisson
obtenidos se despreciarán los valores fueras del intervalo recomendado, esto
con el fin de tener datos verdaderos que coincida con los valores
científicamente obtenidos. Estos valores se calcularon a partir del valor de
las velocidades de onda Vp y Vs, en función de los tiempos de transmisión
de cada onda respectivamente.
- Martillo de rebote o esclerómetro: Con este equipo se estimará la
resistencia aproximada del concreto basado en las curvas de calibración del
equipo a utilizar teniendo en cuenta la limitada precisión que tiene esta
prueba. El ensayo se efectúa apretando el percutor contra la superficie
examinar, hasta que el martillo, impulsado por un resorte, se descargue sobre
el percutor. Después del golpe, el martillo rebota un acierta distancia, la cual
se indica por una aguja en una escala graduada. La lectura de la posición de
la aguja representa la medida del retroceso en porcentaje del avance del
martillo. Esta prueba se ejecuta según los requerimientos de la ASTM C 805.
Esta prueba se le practicara a las columnas, vigas y losa.
25
6. Análisis de la estructura
Para efectuar el análisis de cargas reales de los elementos estructurales del colegio
Calasanz, es necesario considerar las cargas de servicio (cargas muertas y vivas),
y aquellas cargas que por su naturaleza no se encuentran siempre presentes, pero
cuando se manifiestan, pueden generar desplazamientos y deformaciones mayores
a los presentados bajo condiciones de servicio, este tipo de solicitaciones
corresponden a los efectos por sismo y viento.
6.1 Espectro de respuesta sísmica
Debido a su ubicación geográfica, el RNC-07 sitúa a León en la zona C según el
mapa de zonificación sísmica de Nicaragua, siendo la franja del Pacifico la que
posee mayor actividad sísmica por lo que su análisis se realizara de acuerdo a los
parámetros para ese tipo de zona.
Por el destino de la edificación (colegio) el RNC-07 determina que la construcción
será perteneciente al “Grupo A” según el Arto. 20.
El espectro de respuesta a utilizar para el análisis sísmico de la estructura son datos
obtenidos de actividades sísmicas que han afectado León de cierta manera.
6.1.1 Calculo de Coeficiente Sísmico
A. Clasificación y Caracterización de la estructura
Grupo de la Estructura
La estructura entra bajo la clasificación “A” o Estructuras Esenciales que por su
importancia estratégica es necesario que permanezca operativa luego de un sismo
intenso.
Factor por Reducción por ductilidad
Tanto como para el método dinámico y el método estático, se emplea un valor de
Reducción a la fuerza sísmica Q’, dicho factor se calcula con la siguiente fórmula
26
Ecuación 6.1 (MTI, 2007)
Donde:
T = Periodo de vibración de la estructura
Q = Factor de comportamiento sísmico
Siguiendo las especificaciones del arto. 21 del RNC-07, se adopta un Q = 4 debido
a que el sistema estructural del edificio son marcos estructurales conformados por
columnas y vigas de concreto. Este sistema estructural se encarga de transportar
las cargas a los elementos principales ya antes mencionados, para que estos
aprovechen la ductilidad del material y el ordenamiento de los mismos para así
transmitir la carga a la cimentación. Dinámicamente, se podría considerar que los
esfuerzos son experimentados simultáneamente, es decir, que en un momento
dado (a la hora de una fuerza no estática) la estructura y sus elementos actuaran
como uno solo.
Factor de Reducción por sobre Resistencia
La reducción por sobre resistencia está dada por Ω = 2
B. Calculo del Coeficiente Sismo Resistente
Ecuación 6.2 (MTI, 2007)
Es el cociente de la fuerza cortante horizontal que debe considerarse que actúa en
la base de la edificación por efecto del sismo.
Nota:
Se utiliza Q=4, Porque en una reparación, el edificio se analiza para que de la mayor
capacidad o resistencia sísmica. El Q=4 garantiza la interaccion de los elementos
de los marcos principales
27
Zona sísmica del proyecto
Figura 6.1. Zonificación sísmica (MTI, 2007)
Al encontrarse en la ciudad de León, se clasifica en la Zona “C”
Factor de amplificación del suelo
El Suelo es firme. Esto lo clasifica como suelo II con aceleraciones de 360 m/s hasta
750 m/s
Haciendo la relación entre la zona sísmica y el tipo de suelo se puede encontrar el
factor de amplificación
28
Tabla 6.1. Tipos de Suelos
Este valor resulto ser de
1.5
(MTI, 2007)
Aceleración Espectral
Figura 6.2. Mapa de Isoaceleraciones (MTI, 2007)
Ubicando el sitio del proyecto, se posee un valor de aceleración espectral de 0.31
según el mapa de iso aceleraciones proporcionado por el RNC-07
Coeficiente Sísmico
29
Aplicando la fórmula antes mencionada
Ecuacion 6.2. Calculo de coeficiente sísmico (MTI, 2007)
1.5(2.7 ∗ 0.31)
4 ∗ 2= 0.16
𝑆(𝑎0) = 1.5 ∗ 0.31 = 0.465
Debido a que C resulto ser menor que S*a0 se tomará como valor de C, 0.46.
6.2 Calculo de presiones de vientos
Debido a su sistema estructural aporticado con mampostería reforzada y una losa
de concreto, el colegio Calasanz, resulta ser una estructura poco sensible a los
efectos de vientos; por lo tanto, en base al artículo 45 del RNC-07, la estructura se
clasificó como Tipo 1, de manera que para el análisis por viento se procederá a
considerar únicamente los efectos estáticos del viento.
El análisis por viento puede llevarse a cabo utilizando métodos estáticos que
consisten en convertir la energía cinética del viento en una presión estática
equivalente. Esta presión luego es tratada de manera similar a la de una carga de
gravedad uniformemente distribuida. El método tiene limitantes practicas puesto
que solo puede ser aplicado en cualquiera de los siguientes casos: (INIFED, 2014)
1. El método estático solo puede utilizarse para diseñar estructuras o
elementos estructurales poco sensibles a la acción turbulenta del
viento. Esta condición se satisface cuando:
a) La relación H/d ≤ en donde H es la altura de la construcción y d es la
dimensión mínima de la base.
b) El periodo fundamental de la estructura es menor o igual que dos segundos
2. Para el caso de construcciones cerradas, techos aislados, toldos y
cubiertas adyacentes, no es necesario calcular su periodo fundamental
cuando se cumplan las siguientes condiciones:
a) La altura total de la construcción, H, es menor o igual que 15 metros
30
b) La planta de la estructura es rectangular o formada por una combinación de
rectángulos.
c) La relación H/d es menor que cuatro para construcciones cerradas y menor
que uno para techos aislados, para toldos y cubiertas adyacentes en
voladizo, el claro no debe ser mayor que 5 m.
d) Para construcciones cerradas y techos aislados, la pendiente de sus techos
inclinados o a dos aguas, no debe exceder los 20° y en techos de claros
múltiples deberá ser menor que 60°; para toldos y cubiertas adyacentes, la
pendiente no será mayor que 5°.
Si la estructura cumple con las condiciones anteriormente descritas, puede
estimarse la presión que ejerce el flujo del viento sobre la construcción determinada,
por medio de la siguiente ecuación:
𝑃𝑧 = 0.0479𝐶𝑝𝑉𝐷2
𝐾𝑔
𝑚2 Ecuación 6.3
Donde
Cp: Es el coeficiente local de presión y depende de la forma de la estructura.
VD: Representa la velocidad de diseño a una altura determinada (z).
Para resolver la ecuación anterior es necesario determinar otros factores tales
como, la rugosidad del terreno, la altura de análisis, topografía, etc. Los cuales se
detallan a continuación.
- Factor de variación con la altura.
El Factor de variación con la altura (Fα) establece la variación de la velocidad del
viento con respecto a la altura (z) media medida desde el suelo. Dicha variación
está en función de la categoría del terreno y del tamaño de la construcción. Se
obtiene de acuerdo con las expresiones siguientes:
Ecuación 6.4. Factor de variación con la altura. (MTI, 2007)
Donde:
Fα=1 Si Z ≤10m
Si 10m<Z<δ
Si Z≥δ
=
10
=
10
31
δ: Es la altura medida a partir del nivel de terreno del desplante, por encima de la
cual la variación de la velocidad del viento no es importante y se puede suponer
constante; a esta altura se le conoce como altura de gradiente.
α: Exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del viento con
la altura y es adimensional.
Estos factores son estimados en dependencia de la rugosidad del terreno dada por
la siguiente figura:
Figura 6.3. Rugosidad del terreno (INIFED 2014)
Luego los factores α y δ son estimados con la tabla 5 y sustituidos en la ecuación
anterior para determinar el factor de variación con la altura en dependencia de la
condición que rige.
Tabla 6.2 Rugosidad del Terreno. (MTI, 2007)
- Factor correctivo por topografía y humedad
32
El factor de topografía, FT toma en cuenta el efecto topográfico local del sitio en
donde se desplantará la estructura. Así, por ejemplo, si la construcción se localiza
en las laderas o cimas de colinas o montañas de altura importante con respecto al
nivel de terreno de los alrededores, es muy probable que se generen aceleraciones
de flujo del viento y, por consiguiente, deberá incrementarse la velocidad regional.
Tabla 6.3. Determinación del factor de corrección en dependencia de la rugosidad
del terreno y la topografía (MTI, 2007)
La topografía (T) es evaluada según las características del terreno en dependencia
a lo mostrado en la siguiente figura:
Figura 6.4. Formas topográficas locales (MTI 2007)
- Velocidad de diseño
33
La velocidad de diseño depende de las características regionales de los vientos y la
rugosidad y topografía local del sitio de desplante y se determina con la siguiente
ecuación:
𝑉𝐷 = 𝑇𝑅 ∗ 𝛼 ∗ 𝑉𝑅 Ecuacion 6.4. Velocidad de Diseño
- Factores de Presión
Los factores de presión, Cp., para el caso del método estático, se determinarán
según el tipo y forma de la construcción, en el caso de edificios y construcciones
cerradas, se considerarán los coeficientes de presión normal a la superficie
expuesta en la siguiente tabla:
Tabla 6.4. Coeficiente CP, para construcciones cerradas
(MTI 2007)
6.2.1 Rugosidad del terreno
El terreno de los alrededores del Calasanz, corresponde a una zona típica urbana
de suelo relativamente plano, con poca sensibilidad a las ráfagas de vientos,
constituida predominantemente por construcciones de altura relativamente baja.
En base a la clasificación por rugosidad del terreno, estipulada en el artículo 50 del
reglamento nacional de la Construcción de Nicaragua (MTI, 2007), y a la evidencia
observada, se considera que la rugosidad del terreno del sitio corresponde al tipo
R3.
6.2.2 Velocidad Regional
34
Debido a su ubicación geográfica, el Colegio Calasanz, se encuentra en la “Zona 1”
del mapa de zonificación eólica de Nicaragua mostrado en la Figura (), por tanto, se
considera la velocidad regional correspondiente para esta zona. Además, se estimó
un periodo de retorno de 200 años, dado la importancia de la estructura, a cuál es
clasificada como Tipo A según el artículo 20 del código nacional de la construcción
vigente (RNC-07). Por lo tanto, en base a la Tabla (), se obtiene que la velocidad
regional para la zona de estudio corresponde a:
𝑉𝑟 = 36 𝑚/𝑠
6.2.3 Factor de Variación con la Altura
Se propuso una altura de análisis de 11m para el efecto del viento correspondiente
a un valor cercano a las elevaciones promedio del edificio en sus caras. Los factores
correspondientes a la rugosidad del terreno se obtuvieron de la tabla (α=0.156 y
ᵹ=390). Por lo tanto, el factor de variación con la altura se estimó utilizando la
siguiente ecuación (MTI, 2007).
𝛼 = [
10]𝛼
= [11
10]0.156
= 1.01
6.2.4 Factor Correctivo por topografía y rugosidad
Conforme a la figura () se determina que debido a la forma topográfica local el sitio
de desplante del Calasanz se ubica en el Tipo 3 correspondiente a terrenos con
ausencia de cambios topográficos importantes y pendientes menores al 5%. De la
tabla () se estimó el valor del factor de topografía y rugosidad del terreno:
FTR=0.88
6.2.5 Velocidad y Presión de Diseño
La velocidad de Diseño a considerar para el análisis por viento, es la variación de la
velocidad regional con respecto a las condiciones del sitio, este parámetro se estimó
con la ecuación propuesta en el artículo 49 del reglamento de construcción de
Nicaragua (MTI, 2007):
𝑽𝑫 = 𝑭𝑻𝑹𝑭𝜶𝑽𝒓 = (𝟎. 𝟖𝟖 ∗ 𝟏. 𝟎𝟏 ∗ 𝟑𝟔𝒎
𝒔) = 𝟑𝟐. 𝟏𝟓
35
Para el análisis de las presiones de vientos en el edificio, se considera una presión
de empuje únicamente en la cara de barlovento y para las paredes laterales, de
sotavento, se generan presiones de succión. Las presiones para las diferentes caras
del colegio se estimaron utilizando la ecuación descrita en el artículo 53 del RNC-
07 (MTI, 2007) y los coeficientes locales de presión se obtuvieron de la Tabla (). Las
Presiones de diseño son las siguientes:
Pared de barlovento Cp.=0.8
𝑃𝑧 = 0.0479 ∗ 0.8 ∗ (32.15)2 = 36.62 𝑘𝑔/𝑚2
Pared de sotavento Cp.= -0.4
𝑃𝑧 = 0.0479 ∗ (−0.4) ∗ (32.15)2 = 36.62 𝑘𝑔/𝑚2
Paredes Laterales Cp.=-0.8
𝑃𝑧 = 0.0479 ∗ (−0.8) ∗ (32.15)2 = 36.62 𝑘𝑔/𝑚2
6.3 Cargas
- Primer Nivel
Tabla 6.5 Cargas Vivas Primer Nivel
Carga viva para primer nivel
Destino Cvmax (kg/m2) CVR(kg/m2)
Salones de clase escuelas primarias, secundaria y universidad
250 200
(MTI 2007)
Tabla 6.6 Cargas Muerta Primer Nivel
Cargas Muertas al primer piso
CARGAS PESO(kg/m2)
Instalaciones eléctricas 7
Ladrillo terrazo 30
36
Bloque de arcilla 120
TOTAL 157
(MTI 2007)
- Segundo Nivel
Tabla 6.7 Cargas Vivas Segundo Nivel
(MTI 2007)
Tabla 6.8 Cargas Muertas Segundo Nivel
Cargas Muertas al segundo piso
CARGAS PESO (kg/m2)
Ladrillo de ceramica 30
Bloque de arcilla 120
Techo 5.4
TOTAL 155.4
(MTI 2007)
Carga viva para el segundo nivel
Destino Cvmax (kg/m2) CVR(kg/m2)
Salones de clase escuelas primarias, secundaria y universidad
270 220
Apartamentos 220 100
TOTAL 490 320
37
Debido a que la estructura se encuentra en León es obligatorio el uso de la carga
debido a ceniza, esta deberá tomarse en cuenta para efectos de diseño, adicional
a la carga viva y a cualquier otra carga presenta. El reglamento nacional de la
construcción recomienda una sobrecarga debido a ceniza en estado húmedo de 20
Kg/m2
7. Inspección visual
La edificación presenta distintas grietas y fracturas en los elementos principales por
lo que su resistencia se ha visto disminuida conforme el tiempo debido a los distintos
factores ambientales presentados en el municipio de León.
A continuación, se muestran algunas capturas donde se apreciará los daños
observados en la infraestructura.
38
Figura 7.1. Planta estructural del primer Nivel. (Fuente propia)
39
Imagen 7.1. (Fuente Propia)
Descripción: Deterioro de repello en el
concreto, además la losa de entre piso
presenta manchas debido a la
humedad. Primera Planta.
Descripción: Explosión del concreto
en la base de la columna. Al igual que
la exposición de acero de refuerzo y
falta de protección en las bases.
Imagen 7.2. (Fuente Propia)
40
Imagen 7.3. (Fuente Propia)
Imagen 7.4. (Fuente Propia)
Fisuras en columnas de concreto,
en el área de pasillo del primer
nivel.
Las Fisuras no son severas, pero si
pueden permitir la infiltración de
humedad, la cual a posterior podría
acelerar los procesos de corrosión
del acero de refuerzo en las
columnas y vigas fisuradas
41
Figura 7.2. Planta estructural del primer Nivel. (Fuente propia)
42
Imagen 7.5 (Fuente Propia)
Imagen 7.6 (Fuente Propia)
Desprendimiento del
recubrimiento en el
concreto y proceso de
delaminacion, por ende,
exposición del acero de
refuerzo, lo que causa un
efecto directo en la
estructura, debido a que
el acero expuesto entra
en un proceso de
corrosión.
43
Descripción: Se observa
que el acero de refuerzo en
la losa de entrepiso está
expuesto y presenta
corrosión, por no tener el
recubrimiento necesario,
por lo que en un corto plazo
incurriría en un colapso
inminente de la estructura
Imagen 7.7 (Fuente Propia)
Imagen 7.8 (Fuente Propia)
Deflexión significativa en
vigas, debido a que las cargas
que inciden alcanzan la
capacidad del elemento, esto
produce grietas y
desprendimiento del
recubrimiento del concreto, lo
cual deja expuesto el acero de
refuerzo y vulnerable al
proceso de corrosión
Nota: Se Reforzarán los elementos en función de mantener el mismo destino de la
edificación
44
Explosión del concreto en
viga, presenta grietas,
corrosión en el acero de
refuerzo debido a su
exposición, en corto plazo
el elemento puede
colapsar.
Imagen 7.9 (Fuente Propia)
Imagen 7.10 (Fuente Propia)
Descripción: El repello
presenta facturas debido
a movimientos de la
estructura teniendo como
consecuencia la
disminución de la
integridad estructura.
45
8. Auscultación de la estructura Para determinar el estado actual de los elementos estructurales del edificio principal
del Colegio Calasanz de León, fue necesario realizar pruebas no destructivas
debido al daño que se puede apreciar visualmente y la perdida de integridad
estructural provocada por los cambios en su diseño original.
Las pruebas se realizaron en elementos seleccionados de todo el edificio esto por
la gran cantidad de columnas y vigas existentes, tomando en cuenta los sectores
más afectados y que visualmente se encontraron dañados o con deflexiones
significativas.
8.1 Prueba del Esclerómetro (Martillo Suizo)
El análisis por medio del esclerómetro se realizó en columnas principales, vigas y
losas del primer, segundo y tercer nivel de la estructura. El esclerómetro utilizado
para la medición es de manera manual, es decir, da el golpe al elemento y por medio
de un medidor señala un valor utilizado para el cálculo de la resistencia mediante
una gráfica.
Imagen 8.1. Prueba con esclerómetro (Fuente Propia)
46
En la tabla 8.1 se presentan los elementos ensayados de la estructura según sus
ejes,
Tabla 8.1. Vigas y columnas ensayadas por cada nivel
Columnas Primer Piso
Columnas Segundo Piso
A
1
A
1
2 2
3 3
7 7
8 8
9 9
B
1
B
1
2 2
3 3
7 7
8 8
9 9
C
1
C
1
2 2
3 3
7 7
8 8
9 9
P
7
P
7
8 8
9 9
11 11
Q
7
Q
7
8 8
9 9
11 11
R
7
R
7
8 8
9 9
11 11
(Fuente Propia)
Vigas Primer Piso
Vigas Segundo Piso
A
1-2
A
1-2
2-3 2-3
7-8 7-8
8-9 8-9
B
1-2
B
1-2
2-3 2-3
7-8 7-8
8-9 8-9
C
1-2
C
1-2
2-3 2-3
7-8 7-8
8-9 8-9
1 A-B
1 A-B
B-C B-C
2 A-B
2 A-B
B-C B-C
3 A-B
3 A-B
B-C B-C
7
A-B
7
A-B
B-C B-C
P-Q P-Q
Q-R Q-R
8
A-B
8
A-B
B-C B-C
P-Q P-Q
Q-R Q-R
9
A-B
9
A-B
B-C B-C
P-Q P-Q
Q-R Q-R
De los elementos presentados en las tablas se obtuvieron los siguientes resultados
de los cuales se realizó el cálculo de resistencia y sucesivamente del módulo de
elasticidad.
47
Tabla 8.2 Modulo de Elasticidad calculado en columnas del primer nivel.
Columnas Primer Piso
Promedio Resistencia
(PSI) Módulo de elasticidad
(Psi) kg/cm2
A
1 40.46 5000 850 3671968.137 257037.77
2 32.75 3400 750 2934254.59 205397.821
3 35.06 4000 800 3224406.922 225708.485
7 32.75 3400 750 2934254.59 205397.821
8 30.79 3000 750 2703747.399 189262.318
9 35.67 4000 800 3224406.922 225708.485
B
1 33.08 3600 750 3042967.302 213007.711
2 29.23 2800 700 2612068.146 182844.77
3 31.04 3200 750 2821356.057 197494.924
7 30.61 3100 750 2763177.519 193422.426
8 32.75 3400 750 2934254.59 205397.821
9 27.58 2500 700 2418305.192 169281.363
C
1 32.33 3400 750 2934254.59 205397.821
2 29.83 2900 700 2673536.983 187147.589
3 26.25 2300 700 2280000 159600
7 32.42 3500 750 2989105.217 209237.365
8 32.67 3500 750 2989105.217 209237.365
9 31.00 3100 750 2763177.519 193422.426
P
7 30.88 3100 750 2763177.519 193422.426
8 33.54 3600 750 3042967.302 213007.711
9 30.25 3000 750 2703747.399 189262.318
11 30.92 3050 750 2733623.968 191353.678
Q
7 33.89 3600 750 3042967.302 213007.711
8 40.58 5100 850 3715945.371 260116.176
9 32.75 3400 750 2934254.59 205397.821
11 38.33 4600 800 3513715.982 245960.119
R
7 28.08 2600 700 2484572.398 173920.068
8 34.75 3900 750 3199117.066 223938.195
9 35.42 4000 800 3224406.922 225708.485
11 35.58 4000 800 3224406.922 225708.485
(Fuente Propia)
48
Tabla 8.3 Modulo de Elasticidad calculado en columnas del segundo nivel.
Columnas Segundo
Piso Promedio Resistencia (PSI)
Módulo de elasticidad (Psi)
kg/cm2
A
1 16.67 1500 600 1710000 119700
2 22.08 1500 600 1710000 119700
3 22.92 1500 600 1710000 119700
7 32.67 3200 750 2821356.057 197494.924
8 32.17 3200 750 2821356.057 197494.924
9 20.83 1500 600 1710000 119700
B
1 30.19 3000 750 2703747.399 189262.318
2 29.13 2900 700 2673536.983 187147.589
3 30.19 3000 750 2703747.399 189262.318
7 32.00 3400 750 2934254.59 205397.821
8 31.00 3300 750 2878358.907 201485.124
9 27.75 2500 700 2418305.192 169281.363
C
1 26.08 2450 700 2384481.076 166913.675
2 32.58 3500 750 2989105.217 209237.365
3 22.75 1600 600 1802498.266 126174.879
7 25.08 2100 700 2132744.71 149292.13
8 29.58 2900 700 2673536.983 187147.589
9 32.92 3500 750 2989105.217 209237.365
P
7 31.17 3200 750 2821356.057 197494.924
8 33.71 3700 750 3095892.44 216712.471
9 29.67 2900 750 2642981.271 185008.689
11 32.73 3500 750 2989105.217 209237.365
Q
7 31.42 3200 750 2821356.057 197494.924
8 28.71 2600 750 2451662.701 171616.389
9 29.08 2900 750 2642981.271 185008.689
11 30.90 3050 750 2733623.968 191353.678
R
7 28.83 2600 750 2451662.701 171616.389
8 31.52 3200 750 2821356.057 197494.924
9 28.75 2600 750 2451662.701 171616.389
11 29.38 2900 750 2642981.271 185008.689
(Fuente Propia)
49
Tabla 8.4 Modulo de Elasticidad calculado en Vigas del Primer nivel.
Vigas Primer Piso
Promedio Resistencia
(PSI) Módulo de elasticidad
(Psi) kg/cm2
A
1-2 34.92 3900 750 3199117.066 223938.195
2-3 33.67 3700 750 3095892.44 216712.471
7-8 33.00 3700 750 3095892.44 216712.471
8-9 35.33 4000 800 3224406.922 225708.485
B
1-2 34.36 3700 750 3095892.44 216712.471
2-3 34.78 3800 750 3147927.89 220354.952
7-8 33.89 3700 750 3095892.44 216712.471
8-9 33.78 3700 750 3095892.44 216712.471
C
1-2 33.33 3600 750 3042967.302 213007.711
2-3 33.81 3700 750 3095892.44 216712.471
7-8 32.17 3300 750 2878358.907 201485.124
8-9 33.58 3600 750 3042967.302 213007.711
1 A-B 31.63 3200 750 2821356.057 197494.924
B-C 34.00 3700 750 3095892.44 216712.471
2 A-B 34.08 3700 750 3095892.44 216712.471
B-C 32.06 3300 750 2878358.907 201485.124
3 A-B 35.00 3900 750 3199117.066 223938.195
B-C 33.28 3600 750 3042967.302 213007.711
7
A-B 33.75 3700 750 3095892.44 216712.471
B-C 35.25 3900 750 3199117.066 223938.195
P-Q 33.22 3600 750 3042967.302 213007.711
Q-R 32.97 3500 750 2989105.217 209237.365
8
A-B 35.25 3900 750 3199117.066 223938.195
B-C 33.33 3600 750 3042967.302 213007.711
P-Q 34.22 3700 750 3095892.44 216712.471
Q-R 34.36 3700 750 3095892.44 216712.471
9
A-B 34.50 3700 750 3095892.44 216712.471
B-C 33.94 3700 750 3095892.44 216712.471
P-Q 34.81 3800 750 3147927.89 220354.952
Q-R 32.69 3500 750 2989105.217 209237.365
(Fuente Propia)
50
Tabla 8.5 Modulo de Elasticidad calculado en Vigas del segundo nivel.
Vigas Segundo Piso
Promedio Resistencia
(PSI) Módulo de elasticidad
(Psi) kg/cm2
A
1-2 33.67 3700 750 3095892.44 216712.471
2-3 34.11 3700 750 3095892.44 216712.471
7-8 34.89 3800 750 3147927.89 220354.952
8-9 34.03 3700 750 3095892.44 216712.471
B
1-2 38.44 4600 800 3513715.982 245960.119
2-3 35.28 4000 800 3224406.922 225708.485
7-8 33.69 3700 750 3095892.44 216712.471
8-9 34.22 3700 750 3095892.44 216712.471
C
1-2 34.42 3700 750 3095892.44 216712.471
2-3 34.75 3700 750 3095892.44 216712.471
7-8 33.94 3700 750 3095892.44 216712.471
8-9 34.81 3800 750 3147927.89 220354.952
1 A-B 33.36 3600 750 3042967.302 213007.711
B-C 34.58 3700 750 3095892.44 216712.471
2 A-B 34.19 3700 750 3095892.44 216712.471
B-C 35.69 4000 800 3224406.922 225708.485
3 A-B 34.00 3700 750 3095892.44 216712.471
B-C 28.58 2600 700 2484572.398 173920.068
7
A-B 35.28 4000 800 3224406.922 225708.485
B-C 33.78 3700 750 3095892.44 216712.471
P-Q 32.06 3400 750 2934254.59 205397.821
Q-R 30.83 3050 750 2733623.968 191353.678
8
A-B 35.33 4000 800 3224406.922 225708.485
B-C 33.33 3600 750 3042967.302 213007.711
P-Q 35.44 4000 800 3224406.922 225708.485
Q-R 33.42 3600 750 3042967.302 213007.711
9
A-B 34.64 3800 750 3147927.89 220354.952
B-C 32.47 3500 750 2989105.217 209237.365
P-Q 32.39 3400 750 2934254.59 205397.821
Q-R 32.58 3500 750 2989105.217 209237.365
Fuente Propia
51
Para el cálculo de resistencia de los elementos según el promedio de resultado de
golpes, se utilizó la gráfica siguiente:
Figura 8.1. Manual de operaciones de Martillos.
El módulo de elasticidad se calculó según el ACI 318-11 capítulo 8 inciso 5. El cual
se determina por medio de la fórmula:
4700 ∗ √𝑓𝐶´ 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑀𝑃𝑎
Ecuación 8.1 Modulo de Elasticidad
Siendo f´c la resistencia calculada por la gráfica.
8.2 Prueba del equipo de Pulso Ultrasónico
Con el equipo de Pulso Ultrasónico se obtuvieron los datos de los mismos
elementos estructurales, dando como resultado:
52
Tabla 8.6 Modulo de Elasticidad calculado para el tercer nivel
Elemento Analizado
t1 t2 VP
(m/s) VS
(m/s)
Coeficiente de Poisson
Modulo cortante, G
(Mpa)
Módulo de Elasticidad,
Ec (Mpa)
1 92.1 81.1 1,085.78 1,233.05 2.73 152.04 1,133.04
2 46.6 51.3 2,145.92 1,949.32 -1.86 379.98 -653.36
3 65.5 79.8 1,526.72 1,253.13 -0.53 157.03 146.86
4 38.1 45.5 2,624.67 2,197.80 -0.67 483.03 315.68
5 103.3 90.1 968.05 1,109.88 2.59 123.18 884.45
6 41.5 69.6 2,409.64 1,436.78 0.22 206.43 505.42
7 43 37.1 2,325.58 2,695.42 2.46 726.53 5,022.11
8 33.5 35.3 2,985.07 2,832.86 -4.03 802.51 -4,864.89
9 37.1 70.8 2,695.42 1,412.43 0.31 199.50 522.97
10 83.5 63.5 1,197.60 1,574.80 1.69 248.00 1,332.14
11 47.6 60 2,100.84 1,666.67 -0.35 277.78 361.62
12 63.1 97.5 1,584.79 1,025.64 0.14 105.19 239.77
13 26.1 41.1 3,831.42 2,433.09 0.16 591.99 1,375.91
14 11.5 31.8 8,695.65 3,144.65 0.42 988.88 2,817.87
15 90.1 138.5 1,109.88 722.02 0.13 52.13 118.14
16 127.6 148.8 783.70 672.04 -0.89 45.16 10.00
17 108.3 128.6 923.36 777.60 -0.72 60.47 33.93
18 27.1 41.3 3,690.04 2,421.31 0.12 586.27 1,315.52
(Fuente Propia)
53
Tabla 8.7 Modulo de Elasticidad calculado para el segundo nivel
Elemento Analizado
t1 ( s)
t2 ( s)
VP (m/s)
VS (m/s)
Coeficiente de
Poisson
Modulo cortante
, G (Mpa)
Módulo de Elasticidad
, Ec (Mpa)
19 30.6 65.1 3,267.97 1,536.10 0.36 235.96 640.96
20 20.8 59.5 4,807.69 1,680.67 0.43 282.47 808.07
21 119.6 104.6 836.12 956.02 2.63 91.40 662.95
22 88.3 110.3 1,132.50 906.62 -0.39 82.20 99.91
23 31 108.8 3,225.81 919.12 0.46 84.48 245.97
24 27 50 3,703.70 2,000.00 0.29 400.00 1,035.35
25 29.5 57 3,389.83 1,754.39 0.32 307.79 810.76
26 35.8 46.1 2,793.30 2,169.20 -0.26 470.54 696.73
27 41.8 75.5 2,392.34 1,324.50 0.28 175.43 448.75
28 62.1 95.5 1,610.31 1,047.12 0.13 109.65 248.61
29 33.1 44.3 3,021.15 2,257.34 -0.13 509.56 884.66
30 38.5 58.5 2,597.40 1,709.40 0.12 292.21 653.36
31 75.6 123 1,322.75 813.01 0.20 66.10 158.16
32 30.8 50.8 3,246.75 1,968.50 0.21 387.50 937.26
33 26.5 93.6 3,773.58 1,068.38 0.46 114.14 332.48
34 32.6 48.8 3,067.48 2,049.18 0.10 419.91 921.32
35 54 35.5 1,851.85 2,816.90 1.38 793.49 3,777.93
36 41.6 162.6 2,403.85 615.01 0.46 37.82 110.82
37 32.1 52.5 3,115.26 1,904.76 0.20 362.81 871.82
38 25.5 63.5 3,921.57 1,574.80 0.40 248.00 696.32
39 71.5 58.5 1,398.60 1,709.40 2.01 292.21 1,760.54
40 38 51.6 2,631.58 1,937.98 -0.09 375.58 681.67
41 52.6 70.6 1,901.14 1,416.43 -0.12 200.63 351.57
42 77.3 123.1 1,293.66 812.35 0.17 65.99 155.01
43 67.5 80.5 1,481.48 1,242.24 -0.68 154.32 97.51
44 75.3 139.5 1,328.02 716.85 0.29 51.39 133.03
45 32 74.8 3,125.00 1,336.90 0.39 178.73 496.15
46 82.8 49.8 1,207.73 2,008.03 1.28 403.22 1,841.41
47 39.5 62 2,531.65 1,612.90 0.16 260.15 602.71
48 110.3 127.6 906.62 783.70 -0.98 61.42 2.70
49 108.3 78.8 923.36 1,269.04 1.56 161.05 825.36
50 4 33.5 25,000 2,985.07 0.49 891.07 2,660.31
51 77 88.5 1,298.70 1,129.94 -1.06 127.68 -14.71
52 36.3 17.5 2,754.82 5,714.29 1.15 3,265.3 14,049.91
53 70.5 86.5 1,418.44 1,156.07 -0.49 133.65 136.51
54 37.1 10.6 2,695.42 9,433.96 1.04 8,899.9 36,390.97
55 43.8 80.8 2,283.11 1,237.62 0.29 153.17 395.77
56 131.8 54 758.73 1,851.85 1.10 342.94 1,440.92
(Fuente Propia)
54
Continuación de tabla 8.7
57 44.5 33 2,247.19 3,030.30 1.61 918.27 4,795.11
58 34.3 70.1 2,915.45 1,426.53 0.34 203.50 546.44
(Fuente Propia)
Tabla 8.8 Modulo de Elasticidad calculado para el primer nivel
Elemento Analizado
t1 ( s)
t2 ( s)
VP (m/s)
VS (m/s)
Coeficiente de Poisson
Modulo cortante, G
(Mpa)
Modulo de Elasticidad,
Ec (Mpa)
59 27.1 53.3 3,690.04 1,876.17 0.33 352.00 933.28
60 14.5 35 6,896.55 2,857.14 0.40 816.33 2,279.84
61 38 25 2,631.58 4,000.00 1.38 1,600.00 7,621.00
62 30.5 28.1 3,278.69 3,558.72 3.81 1,266.45 12,176.14
63 75.8 31.1 1,319.26 3,215.43 1.10 1,033.90 4,344.88
64 96 51.8 1,041.67 1,930.50 1.21 372.68 1,643.81
65 56.8 69.3 1,760.56 1,443.00 -0.52 208.23 198.48
66 65.8 44.5 1,519.76 2,247.19 1.42 504.99 2,445.59
67 45 55.6 2,222.22 1,798.56 -0.45 323.48 356.16
68 43.8 30.3 2,283.11 3,300.33 1.46 1,089.22 5,356.52
69 100 66.1 1,000.00 1,512.86 1.39 228.87 1,093.09
70 35.3 50.8 2,832.86 1,968.50 0.03 387.50 800.69
71 38.6 70.3 2,590.67 1,422.48 0.28 202.34 519.70
72 45.3 102.3 2,207.51 977.52 0.38 95.55 263.36
73 40 127.5 2,500.00 784.31 0.45 61.51 177.83
74 34.6 49.5 2,890.17 2,020.20 0.02 408.12 834.46
75 47.1 98 2,123.14 1,020.41 0.35 104.12 281.09
76 112 128.1 892.86 780.64 -1.12 60.94 -14.93
77 101.6 142.5 984.25 701.75 -0.02 49.25 96.82
78 50 75.1 2,000.00 1,331.56 0.10 177.30 390.75
79 53.1 111.6 1,883.24 896.06 0.35 80.29 217.38
80 63 51.1 1,587.30 1,956.95 1.96 382.96 2,268.35
81 64.1 95.5 1,560.06 1,047.12 0.09 109.65 239.04
82 77.8 138.6 1,285.35 721.50 0.27 52.06 132.22
83 29.6 55.6 3,378.38 1,798.56 0.30 323.48 842.50
84 42.6 72.6 2,347.42 1,377.41 0.24 189.73 469.55
85 74.8 93.8 1,336.90 1,066.10 -0.37 113.66 142.46
(Fuente Propia)
55
Continuación Tabla 8.8 Modulo de Elasticidad calculado para primer nivel
86 47 69.3 2,127.66 1,443.00 0.07 208.23 447.32
87 41.3 56.1 2,421.31 1,782.53 -0.09 317.74 577.25
88 22 37.8 4,545.45 2,645.50 0.24 699.87 1,741.09
89 68.3 93 1,464.13 1,075.27 -0.09 115.62 211.48
90 59.5 97.3 1,680.67 1,027.75 0.20 105.63 253.79
91 30.8 42.5 3,246.75 2,352.94 -0.05 553.63 1,048.50
92 37.3 55.5 2,680.97 1,801.80 0.09 324.65 706.52
93 24.6 40.8 4,065.04 2,450.98 0.21 600.73 1,459.06
94 27.6 44.3 3,623.19 2,257.34 0.18 509.56 1,205.40
95 169.6 90.8 589.62 1,101.32 1.20 121.29 533.90
96 25.3 36.6 3,952.57 2,732.24 0.04 746.51 1,556.40
97 73.6 49.5 1,358.70 2,020.20 1.41 408.12 1,969.56
98 112.5 100.3 888.89 997.01 2.94 99.40 782.80
99 27.3 45 3,663.00 2,222.22 0.21 493.83 1,193.88
100 116.6 159.8 857.63 625.78 -0.07 39.16 72.89
(Fuente Propia)
Por ser más preciso el cálculo del módulo de elasticidad por medio del equipo de
pulso ultrasónico, el valor obtenido por medio de esta prueba será el utilizado para
realizar el análisis dinámico de la estructura.
Velocidad determinada por el pulso ultrasónico
Teniendo como resultado las velocidades de pulso ultrasónico, se puede realizar el
análisis para determinar la resistencia que presenta los elementos principales de la
estructura.
Tablas 8.9 Velocidad de Pulso Ultrasónico para elementos del Tercer Piso
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
1 9091 8 10000 15 2066
2 10000 9 2967 16 4717
3 6993 10 5000 17 4926
4 10000 11 8065 18 7042
5 7576 12 2907
6 3559 13 6667
7 10000 14 4926
(Fuente Propia)
56
(Fuente Propia)
Tablas 8.9 Velocidad de Pulso Ultrasónico para elementos del
Segundo Piso
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
19 2899 33 1490 47 4444
20 2584 34 6173 48 5780
21 6667 35 5405 49 3390
22 4545 36 826 50 3390
23 1285 37 4902 51 8696
24 4348 38 2632 52 5319
25 3636 39 7692 53 6250
26 9709 40 7353 54 3774
27 2967 41 5556 55 2703
28 2994 42 2183 56 1285
29 8929 43 7692 57 8696
30 5000 44 1558 58 2793
31 2110 45 2336
32 5000 46 3030
Tablas 8.10. Velocidad de Pulso Ultrasónico para elementos del
Primer Piso
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
59 3817 69 2950 79 1709
60 4878 71 3155 80 8403
61 7692 70 6452 81 3185
62 10000 72 1754 82 1645
63 2237 73 1143 83 3846
64 2262 74 6711 84 3333
65 8000 75 1965 85 5263
66 4695 76 6211 86 4484
67 9434 77 2445 87 6757
68 7407 78 3984 88 6329
(Fuente Propia)
57
Continuación Tablas 8.10. Velocidad de Pulso Ultrasónico para elementos del
Primer Piso
Velocidades de pulso ultrasónico:
Velocidad ultrasónica V (m/sg) Clasificación del concreto
V > 4,575 Excelente
4,575 > V > 3,660 Bueno
3,660 > V > 3,050 Cuestionable
3,050 > V > 2,135 Pobre
V < 2,135 Muy pobre
Tabla 8.10 (Romel, G Solís, Eric Iván Moreno y William R. Castillo Park
1. Promediando el valor de VPU en los distintos pisos, se obtuvo que el primer
y tercer nivel poseen concreto de calidad EXCELENTE, el segundo piso
presenta concreto de calidad BUENO.
2. Algunos elementos principales especialmente en las columnas presentan
una disminución en la resistencia, teniendo valores de calidad MUY POBRE
estos se presentaron comúnmente en el segundo nivel, siendo el que tiene
visualmente mas daños en los elementos.
Elemento Analizado
Velocidad de Pulso
Superficial (m/s)
89 4049
90 2646
91 8547
92 5495
93 6173
94 5988
95 1269
96 8850
97 4149
98 8197
99 5650
100 2315
(Fuente Propia)
58
9. Análisis de la Respuesta Sísmica de la Estructura
Para el análisis dinámico de la edificación, se modelo la estructura en el programa
SAP2000 en el cual con las dimensiones de los elementos estructurales existentes
se realizó el análisis del comportamiento según las cargas que actúan sobre el
edificio.
Como parte del análisis se tomó en cuenta las condiciones geológicas de la ciudad
de León, la cual por ser parte de la Cordillera Volcánica se encuentra expuesta a
cenizas volcánicas las cuales se agregaron a las cargas de la estructura y por
sismos los cuales se utilizaron espectros existentes, los cuales afectaron de manera
significativa la integridad estructural (Verificación de estado de servicio).
Debido a la edad de la edificación, por medio de las pruebas no destructivas
realizadas se determinó las condiciones actuales de los elementos estructurales
principales resistentes, obteniendo así las propiedades del concreto de la estructura
(resistencia, módulo de elasticidad y velocidades de pulso ultrasónico)
Figura 9.1 Modelación del Colegio Calasanz en SAP (Fuente Propia)
Según los resultados obtenidos por el programa SAP2000 la estructura no cumple
con lo requerido por el RNC-07 para solicitaciones de cargas. Se detectó que las
columnas no resisten las cargas aplicadas sobre la estructura, teniendo en cuenta
el espectro utilizado para edificaciones de Tipo A debe ser incrementado en un 50%
los elementos no son capaces de cumplir con los requisitos de resistencia.
59
En la figura se puede observar la cantidad de elementos que según el análisis no
cumplen con los parámetros introducidos en SAP2000, teniendo en cuenta que en
la figura se demuestra que la fuerza axial actuante en cada elemento excede su
resistencia.
Imagen 9.1 y 9.2. Fuerzas resultantes en columnas (Fuente Propia)
Estos son los valores de fuerza axial y cortante máxima en la columna B-3, la cual
se demostró que era la más crítica del primer nivel.
Imagen 9.3 y 9.4. Fuerzas resultantes en columnas (Fuente Propia)
60
Estos son los valores de fuerza axial y cortante máxima en la columna B-3, la cual
se demostró era la más crítica del segundo nivel.
Para las vigas se realizó análisis para determinar las deflexiones máximas debido a
las cargas actuantes en la estructura, se determinó que el primer piso sufre
deflexiones de 2.5 cm, mientras que el segundo piso tiene deflexiones de hasta 5.5
cm y el tercer piso presenta deflexiones de 2 cm. Las deflexiones máximas se
encontraron en el segundo piso, esto debido al cambio en las dimensiones de las
vigas principales, teniendo mayor deflexión en las vigas 2 A-B y 4 A-B.
Imagen 9.5. y 9.6. Deflexión máxima en vigas 2 A-B y 4 A-B, respectivamente (Fuente
Propia)
Imagen 9.7. y 9.8. Deflexión máxima en vigas 2 A-B y 4 A-B, respectivamente (Fuente
Propia)
61
10. Propuesta de Intervención
Propuesta de intervención de columnas Columna Critica Primer Nivel
Dimensión: 17.32”x 13.38”
Imagen 10.1. Resultados de columna critica primer nivel (Fuente Propia)
Para el cálculo de la cuantía inicialmente se determinó el momento resultante a
como se muestra:
𝑀𝑟 = √(1.602)2 + (241.546)2 = 241.55 Kip.in
62
La carga axial obtenida es de:
Pu=151.238 Kip/pulg2
Las dimensiones de la sección con encamisado son:
H=22” B=18”
Recubrimiento: 1 1/8”
𝑑 = 22 − 11 8⁄ − 11 8⁄ = 19.75
Luego se calculan los factores para entrar al diagrama de iteración:
𝛾 = 𝑑
𝐻=19.75
22= 0.89 ≈ 0.90
𝑃𝑢
𝐴𝑔=151.258
22𝑥18= 0.38
𝑀𝑛
𝐴𝑔𝐻=
241.546
(22𝑥18𝑥22)= 0.03
Figura 10.2. Diagrama de interacción con una relación d/h = 0.90, concreto de diseño de
4000 psi, y acero grado 60 (Nilson 2004)
63
Al intersectar los puntos en el diagrama de la Figura se obtiene que en este caso la
cuantía de acero es demasiado pequeña (inferior a 0.01), por lo que se asume
ρ=0.015 por criterios de diseño, ya que según el capítulo 21 del ACI la cuantía no
puede ser menor a 0.01, ni mayor a 0.06 del área de la sección.
Por tanto, el área de acero calculada es:
𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = ρ ∗ B ∗ H
𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 0.015 ∗ 45 ∗ 55 = 37.125
La sección original cuenta con un área total de acero asumido de 40.53 cm2, se
propuso un encamisado con un arreglo de 6 varillas #8 que equivale a un área de
30.40 cm2, por lo que el área total de acero con encamisado seria:
𝐴𝑠𝑡 = 40.53 + 30.40
𝐴𝑠𝑡 > 𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜
Por tanto, se optó por aprobar la propuesta de encamisado de 6 varillas #8 debido
a que se garantiza que la nueva sección cumple con la cuantía de acero requerida
en base a la fuerza axial y momento con que trabajara la columna.
64
Columna Critica Segundo Nivel
Dimensión: 17.32”x 13.38”
Imagen 10.2. Resultados de columna critica segundo nivel (Fuente Propia)
Para el cálculo de la cuantía inicialmente se determinó el momento resultante a
como se muestra:
𝑀𝑟 = √(17.250)2 + (99.997)2 = 101.474 Kip.in
La carga axial obtenida es de:
Pu=75.808 Kip/pulg2
Las dimensiones de la sección con encamisado son:
H=22” B=18”
Recubrimiento: 1 1/8”
𝑑 = 22 − 11 8⁄ − 11 8⁄ = 19.75
Luego se calculan los factores para entrar al diagrama de iteración:
65
𝛾 = 𝑑
𝐻=19.75
22= 0.89 ≈ 0.90
𝑃𝑢
𝐴𝑔=75.808
22𝑥18= 0.19
𝑀𝑛
𝐴𝑔𝐻=
99.997
(22𝑥18𝑥22)= 0.011
Al intersectar los puntos en el diagrama de la Figura en este caso la cuantía de
acero es demasiado pequeña (inferior a 0.01), por lo que se asume ρ=0.015 por
criterios de diseño, ya que según el capítulo 21 del ACI la cuantía no puede ser
menor a 0.01, ni mayor a 0.06 del área de la sección.
Por tanto, el área de acero calculada es:
𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = ρ ∗ B ∗ H
𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 0.015 ∗ 45 ∗ 55 = 37.125
La sección original cuenta con un área total de acero asumido de 40.53 cm2, se
propuso un encamisado con un arreglo de 6 varillas #8 que equivale a un área de
30.40 cm2, por lo que el área total de acero con encamisado seria:
𝐴𝑠𝑡 = 40.53 + 30.40
𝐴𝑠𝑡 > 𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜
Por tanto, se optó por aprobar la propuesta de encamisado de 6 varillas #8 debido
a que se garantiza que la nueva sección cumple con la cuantía de acero requerida
en base a la fuerza axial y momento con que trabajara la columna.
66
Columna Critica Tercer Nivel
Dimensión: 11.811”x 11.811”
Imagen 10.3. Resultados de columna critica Tercer Nivel (Fuente Propia)
Para el cálculo de la cuantía inicialmente se determinó el momento resultante a
como se muestra:
𝑀𝑟 = √(1.998)2 + (11.425)2 = 11.598 Kip.in
La carga axial obtenida es de:
Pu=11.972 Kip/pulg2
Las dimensiones de la sección con encamisado son:
H=16” B=16”
Recubrimiento: 1 1/8”
𝑑 = 16 − 11 8⁄ − 11 8⁄ = 13.75
67
Luego se calculan los factores para entrar al diagrama de iteración:
𝛾 = 𝑑
𝐻=13.75
16= 0.86 ≈ 0.9
𝑃𝑢
𝐴𝑔=11.972
16𝑥16= 0.046
𝑀𝑛
𝐴𝑔𝐻=
11.425
(16𝑥16𝑥16)= 0.0028
Al intersectar los puntos en el diagrama de la Figura en este caso la cuantía de
acero es demasiado pequeña (inferior a 0.01), por lo que se asume ρ=0.015 por
criterios de diseño, ya que según el capítulo 21 del ACI la cuantía no puede ser
menor a 0.01, ni mayor a 0.06 del área de la sección.
Por tanto, el área de acero calculada es:
𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = ρ ∗ B ∗ H
𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 0.015 ∗ 40 ∗ 40 = 24
La sección original cuenta con un área total de acero asumido de 40.53 cm2, se
propuso un encamisado con un arreglo de 6 varillas #8 que equivale a un área de
30.40 cm2, por lo que el área total de acero con encamisado seria:
𝐴𝑠𝑡 = 40.53 + 30.40
𝐴𝑠𝑡 > 𝐴𝑠𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜
Por tanto, se optó por aprobar la propuesta de encamisado de 6 varillas #8 debido
a que se garantiza que la nueva sección cumple con la cuantía de acero requerida
en base a la fuerza axial y momento con que trabajara la columna.
68
Tabla 10.1. Resumen del reforzamiento de las columnas
Nivel Columna Dimensiones de Columnas
(cm)
ρ calculado
As (cm2) Sección
Propuesta
Cuantía mínima según
ACI
Cuantía máxima según
ACI
ρ asumido
Refuerzo propuesto
Primero C1 34x44 0.0032 14.96 50x50 0.01 0.06 0.015 6#8
Primero C2 34x34 0.0032 11.56 50x40 0.01 0.06 0.015 6#8
Primero C3 30x30 0.0032 9.00 45x40 0.01 0.06 0.015 6#8
Primero C4 30 0.0032 7.07 45 0.01 0.06 0.015 8#8
Primero C5 20 0.0032 3.14 35 0.01 0.06 0.015 8#8
Segundo C1 34x44 0.0032 14.96 50x50 0.01 0.06 0.015 6#8
Segundo C2 34x34 0.0032 11.56 50x40 0.01 0.06 0.015 6#8
Segundo C3 30x30 0.0032 9.00 45x40 0.01 0.06 0.015 6#8
Segundo C4 30 0.0032 7.07 45 0.01 0.06 0.015 6#8
Segundo C5 20 0.0032 3.14 35 0.01 0.06 0.015 8#8
Tercero C2 34x34 0.0032 11.56 50x40 0.01 0.06 0.015 8#8
Tercero C3 30x30 0.0032 9.00 45x40 0.01 0.06 0.015 6#8
Tercero C4 30 0.0032 7.07 45 0.01 0.06 0.015 6#8
Tercero C5 20 0.0032 3.14 35 0.01 0.06 0.015 6#8
*Fuente Propia
69
Figura 10.3. Propuesta de encamisado para columnas
70
Procedimiento para el Reforzamiento de las columnas
Para realizar el reforzamiento de las columnas se tendrá que seguir el siguiente
procedimiento:
1- Retirar el recubrimiento de concreto en la columna existente
2- Limpiar la superficie con aire comprimido
3- Remover capa de óxido en el acero de refuerzo existente
4- Agregar acero de refuerzo adicional
5- Aplicar el SIKADUR 31, para adherencia del concreto viejo y concreto fresco
6- Realizar llenado para el encamisado adicional a la columna
Propuesta de intervención de vigas
De la inspección visual, se observó en general que las vigas se encuentran en buen estado en comparación con las columnas, tomando en cuenta que la losa realiza distribución de carga primeramente a las vigas no se ven tan afectadas a cómo deberían de estar debido a las patologías presentadas en la edificación. Las únicas afectaciones de las vigas que son considerables se encuentran en el ala Norte de la capilla en el segundo nivel, las vigas que van del eje A al eje B presentan claros de 7 metros de longitud y deflexiones de 1 pulgada, por lo que pueden ser fácilmente observadas.
71
Figura 10.4. (Fuente Propia). Señalización de vigas que presentan deflexión. Segundo Piso
La viga 1 A-B es la más afectada de toda la edificación, teniendo como patología la exposición del acero de refuerzo el cual presenta corrosión y la exposición a la carbonatación que sufre el concreto.
Imagen 10.4. Exposición del acero de refuerzo y fractura en concreto de viga.
Para el reforzamiento de las vigas se propone realizar un encamisado parcial aumentando el peralte efectivo, que consistirá en adicionar acero de refuerzo al existente para optimizar la resistencia a la tensión, el acero a utilizar será el mismo presentado por la estructura.
Figura 10.5. Propuesta de reforzamiento de vigas.
Propuesta de intervención de losas Las losas no presentaban deflexiones significativas que afecten la integridad estructural de la edificación por lo tanto la propuesta de intervención consistirá en colocar un recubrimiento aproximadamente de 3 cm en los sectores que presenten deterioro, esto se realizara con un concreto adecuado tal como SIKAGROUT 202, usando un aditivo que facilite adherencia de los concretos de distintas edades tal como SIKADUR_32 GEL, se efectuara cambio de acero corroído y expuesto por acero de las mismas especificaciones y dimensiones.
72
Para realizar el reforzamiento de la losa se eliminará las impurezas y el material orgánico presente en la losa, posteriormente se va a retirar el recubrimiento para observar físicamente el daño presente en el acero de refuerzo, si es necesario se cambiará las varillas de refuerzo, luego se añadirá el SIKADUR_32 GEL para la adherencia del concreto existente de la losa con el mortero SIKAGROUT 202, el cual es utilizado para reparación estructural de concreto en las edificaciones. A continuación, se muestra un detalle del reforzamiento en losas:
Figura 10.6. Detalle del reforzamiento en losas. (Fuente Propia)
73
11. Conclusiones
En base a los estudios realizados en la edificación del Colegio Calasanz se concluye
que:
La edificación presenta fenómenos de degradación en diferentes elementos
principales lo que causa que estos fallen o disminuyan su resistencia, dichos
fenómenos son los siguientes: corrosión del acero, humedad, pérdida de
recubrimiento, fisuras, grietas, además el peso de la tercera planta ha ocasionado
que las vigas del segundo nivel presenten deflexiones significativas. Las patologías
presentes en la estructura, pueden ser tratadas con un mantenimiento preventivo y
correctivo que permita la preservación por varios años del Colegio.
Los elementos estructurales principales han disminuido su vida útil, debido a la
perdida de durabilidad expresada en las bajas resistencias a la compresión
obtenidas mediante los ensayos no destructivos. Esto se refleja en el análisis
dinámico donde se obtuvo que la estructura no cumple con lo requerido en los
códigos de diseño (RNC-07 y ACI 318-11), se detectó que las columnas no resisten
las cargas aplicadas sobre la estructura teniendo en cuenta que según el RNC-07
el espectro utilizado para edificaciones de Tipo A debe ser incrementado en un 50%
los elementos no son capaces de cumplir con los requisitos de resistencia.
Para el mejoramiento de los elementos estructurales se propone el encamisado total
de columnas del primer y segundo nivel. Las vigas se encuentran en buen estado
en comparación con las columnas, tomando en cuenta que la losa realiza
distribución de carga, primeramente, las vigas no se ven tan afectadas a cómo
deberían de estar debido a las patologías presentadas en la edificación. La
resistencia de las losas obtenida es baja, pero cumple con las normas de Diseño;
presentan exposición del acero de refuerzo por lo que se es necesario colocar un
recubrimiento en los sectores que presentan deterioros.
74
12. Recomendación
Debido a que la estructura es antigua, sus elementos principales presentan
deterioro en el concreto y en el acero de refuerzo, por lo que es necesario el
reforzamiento de estos mismos, eliminando el concreto fracturado y el acero
corroído, añadiendo acero de refuerzo para aumentar la resistencia a la tensión
debido a las cargas presentes en la estructura, utilizando el correcto recubrimiento
con aditivos para mejorar la adición del concreto viejo con el concreto nueva que se
utilizara como recubrimiento.
En las fisuras y grietas existentes en el edificio, es necesario darle un tratamiento
adecuado, para que no causen un daño mayor a la estructura. Se recomienda
SIKADUR – 32 HI-MOD GEL. Con este producto se logrará sellar los espacios,
evitando infiltraciones y el paso de la humedad al refuerzo principal.
Después de haber realizado la intervención a la estructura del colegio es necesario
realizar el mantenimiento general de la estructura de manera continua, para evitar
un futuro deterioro como el presentado en el estudio.
El mantenimiento del edificio deberá de realizarse anualmente tomando en cuenta
el periodo de vacaciones de los estudiantes que acuden al Colegio, el cual será
realizado por los encargados de mantenimiento del centro de estudios.
Principalmente se hará inspección visual anualmente de los elementos principales
de la estructura, tales como columnas, vigas, losas, techo, piso, a modo de evitar
fisuras, agrietamientos, aparición de humedad, desprendimiento de concreto y
deformaciones; con esto se pretende tener control de los problemas que afecten la
integridad estructural del edificio y buscar optimas soluciones.
Se recomienda realizar inspección al edificio después de cada lluvia debido a que
la humedad es uno de los agentes que afectan de manera negativa los elementos
de refuerzo y principales.
75
Los mantenimientos se dividirán en preventivo y correctivo, de los cuales los
mantenimientos preventivos se realizarán anualmente para evitar los daños
superficiales visibles tomando en cuenta que estos no son de tal magnitud que
afecten los elementos estructurales principales, estos mantenimientos serán:
relleno de fisuras y grietas superficiales, pintura general del edificio, limpieza de
agentes biológicos en la estructura.
Los mantenimientos correctivos se realizaran al momento de la inspección que se
observen daños significativos en la estructura que afecten la resistencia de estos,
entre ellos se encuentran: el desprendimiento de concreto, presencia de humedad
en el interior del edificio, grietas que visiblemente sean profundas, exposición de
acero de refuerzo y que presente oxidación; para corregir estas afectaciones se
realizara lo siguiente: rellenar grietas con mortero especializado, impermeabilizar
los sectores con mayor presencia de humedad, revestimiento de zonas con
desprendimiento de concreto.
Cada 10 años se realizará una inspección técnica rutinaria por un Ingeniero
especializado en recuperación de estructuras con equipos de estudios no
destructivos. Se prestará especial atención a la identificación de los síntomas de
daños estructurales y superficiales, que serán normalmente de tipo dúctil y se
manifiesten en forma de daños de elementos (deformaciones excesivas causantes
de fisuras de cerramientos, etc.). Se identificarán las causas de daños potenciales
(humedades por filtración o condensación, actuaciones inadecuadas de uso, etc.).
Cada 20 años se realizará una inspección técnica para identificar los posibles daños
de carácter frágil como los que afectan a secciones o uniones (corrosión localizada,
deslizamiento no previsto de uniones atornilladas, etc.), daños que no pueden
identificarse sino a través de sus efectos en otros elementos no estructurales.
Los aceros con resistencia mejorada a la corrosión se inspeccionarán
periódicamente para comprobar el estado de la capa protectora de óxido,
especialmente mientras ésta se forma.
76
13. Plan de Mantenimiento
Operación Periodicidad
1 Inspección de estado de conservación de las paredes 2 años
2 Inspección de estado de paredes estructurales 2 años
3 Comprobación de presencia de humedad en paredes Después de cada lluvia
4 Inspección de elementos estructurales principales 2 años
5 Revisión de deflexiones en elementos estructurales principales 2 años
6 Inspección de juntas y elementos de anclaje 2 años
7 Comprobar estado de capa protectora de óxidos en aceros 3 años
8 Comprobación del estado de limpieza de la red de drenaje y evacuación Anual
9 Comprobación de posible existencia de filtraciones por fisuras y grietas en suelos Anual
10 Limpieza de tubería de aguas negras 6 meses
11 Revisión del estado de conservación y desagüe correcto 6 meses
12 Limpieza general de la azotea Anual
13 Comprobación del estado de conservación de la protección o tejado 3 años
14 Inspección del estado de jardineras por fugas de agua o manchas de humedad 5 años
15 Comprobación de posible existencia de grietas y fisuras en fachada 3 años
16 Revisión de desperfectos: golpes, erosiones, manchas y defectos de adherencia de pintura 5 años
17 Inspección estado de conservación y fijación de ventanas y puertas 6 años
77
14. Bibliografía
Broto, C y Mostaedi, A. (2005). Enciclopedia Broto de Patologías de la Construcción.
CIGEO, UNAN-Managua. (2008). Estudio de Evaluación de la Peligrosidad y
Vulnerabilidad Sísmica-Estructural Del Estadio Nacional de Beisbol “Denis
Martínez” de Managua, Nicaragua.
Nilson, A. (2004). Diseño de Estructuras de Concreto.
MTI. (2007). Reglamento Nacional de la Construcción.
Morocho, T. (2011). Introducción a las patologías y durabilidad del hormigón
Ecuador.
Morocho, T. (2012). Estructuras destruidas por falta de mantenimiento. Análisis
visual de los Silos de la Planta de San Carlos destruido por falta de mantenimiento
y su respectivo diagnóstico., Managua, Nicaragua
INFED. (2014). Diseño por Viento. Instituto Nacional de la Infraestructura Fisica
Educativa, 4.
Helene, P. (2011). Análise da resistência à compressão de concreto em estruturas
acabadas com vistas à revisão da segurança estrutural
Guzmán, Maldonado, Castro y Buss. (2011). Evaluacion de un sistema de refuerzo
estructural para un edificio: Un caso de estudio.
Jirón, Y. (2013). Análisis patológico y propuesta de recuperación del antiguo edificio
del Instituto Nacional de Oriente (INDO) de la ciudad de Granada, Nicaragua. Titulo
para optar al grado de ingeniero civil, UCA, Managua, Nicaragua.
Helene, P, & Pereire, F. (2003). Manual de Rehabilitación de Estructuras de
Hormigón (reparación, refuerzo y protección), Sao Paulo, Brazil.
Vanegas, J. (2002). Zonificación de la Respuesta Dinámica de los Suelos de la
Ciudad de León.
UCA. (2016). Análisis Patológico y Propuesta de Intervención del Laboratorio de
Ingeniería Julio y Armando López de la Fuente de la Universidad Centroamericana
UCA, ubicado en la Ciudad de Managua, Nicaragua.
78
Varela, E y Zetien, I. (2013). Evaluación y Diagnostico Patológico de la Casa Cural
de la Iglesia Santo Toribio de Mogrovejo de Cartagena de Indias.
Rivva, E. (2006). Durabilidad y Patologia del Concreto
79
15. Anexos
Anexo I. Levantamiento fotográfico de elementos estructurales.
(a) (b)
Figura I.I Losa de concreto armado (a) Azotea y (b) Tercer Piso.
Figura I.II Vista de Perfil del edificio principal del Colegio Calasanz de León.
80
Figura I.III. Mampostería confinada de ladrillo cuarterón.
Figura I.IV. Ladrillo terrazo.
(a) (b)
Figura I.V. Detalle de (a) ventanas y (b) puertas.
81
Anexo II. Plantas arquitectónicas.
82
Anexo III. Detalle de sección de columnas propuestas.
83
Anexo IV. Detalle de sección de vigas y losas propuestas.
C-4
C-4
C-4 PLA
NT
A E
ST
RU
CT
UR
AL
- PR
IME
R N
IVE
LEs
cala
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
___1
:300
RQ
PO
NM
LK
JI
HG
FE
D
CB
A
1 2 3 4 5 7 8 10
6 9 1112
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-2
C-2
C-4
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-5
C-5
4,27
4,3
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
3,97
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
3,51
7
3,64 6,142,45
4,14
4,94,9
9,81,95
3,651,7
6,14 3,97
0,82
16,37
63,9
3
37,01
10,5
1
M-1
M-1
5,28
1,43
34X3
4C
134
X44
C2
30C
520
C3 C4
30X3
0
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1 Pr
esen
tado
por
:Br
. JO
NAT
HAN
CH
AVAR
RIA
BLA
NC
OBr
. JU
AN J
OSE
RU
IZ L
OPE
ZPL
AN
TA E
STR
UC
TUR
AL P
RIM
ER N
IVEL
C-5
VE-1
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-5
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-4
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1
C-1C
-2
C-1
C-1
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-2
C-3
C-3
C-3
C-2
C-2
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
C-3
VE-1 VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1VE-1VE-1VE-1VE-1
VE-1VE-1VE-1VE-1
VE-1VE-1VE-1VE-1
VE-1VE-1
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2 M-1
M-1
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-2
VE-1
VE-2
VE-2
VE-1
RQ
PO
NM
LK
JI
HG
FE
D
CB
A
1 2 3 4 5 7 8 10
6 9 1112
4,27
4,3
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
3,97
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
3,66
7
3,64 6,14 2,45 4,14
0,82
16,37
63,7
8
37,01
10,6
6
5,28
1,43
PLA
NT
A E
ST
RU
CT
UR
AL
- SE
GU
ND
O N
IVE
LEs
cala
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
__1:
300
4,9 4,9 9,81,8
3,651,85
6,14 3,97
34X3
4C
134
X44
C2
30C
520
C3 C4
30X3
0
Pres
enta
do p
or:
Br. J
ON
ATH
AN C
HAV
ARR
IA B
LAN
CO
Br. J
UAN
JO
SE R
UIZ
LO
PEZ
PLA
NTAE
STRU
CTUR
AL S
EGUN
DO N
IVEL
C:\U
sers\
Juan
\App
Data
\Loc
al\M
icros
oft\W
indo
ws\IN
etC
ache
\Low
\IE\W
9MVI
2DK\
bran
d[1]
.gif
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1 VE-1
VE-1
VE-1
VE-1
VE-1VE-1VE-1VE-1VE-1
VE-1VE-1VE-1VE-1
VE-1VE-1VE-1VE-1
VE-1VE-1
VE-1
VE-1M-1
M-1VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3 VE-3
VE-3
VE-3
RQ
PO
NM
LK
JI
HG
FE
D
CB
A
1 2 3 4 5 7 8 10
6 9 1112
4,27
4,3
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
3,97
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
4,27
3,66
7
3,64 6,14 2,45 4,14
16,37
63,7
8
37,01
10,6
6
5,28
1,43
4,9 4,9 9,81,8
3,651,85
6,14 3,97
PLA
NT
A E
ST
RU
CT
UR
AL
- TE
RC
ER
NIV
EL
Esca
la__
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
__1:
300
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3C
-3C
-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
Pres
enta
do p
or:
Br. J
ON
ATH
AN C
HAV
ARR
IA B
LAN
CO
Br. J
UAN
JO
SE R
UIZ
LO
PEZ
PLA
NTA
ESTR
UCTU
RAL
TERC
ER N
IVEL
C:\U
sers\
Juan
\App
Data
\Loc
al\M
icros
oft\W
indo
ws\IN
etC
ache
\Low
\IE\W
9MVI
2DK\
bran
d[1]
.gif
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3 VE-3
VE-3
VE-3
VE-3M-1
M-1VE-3
VE-3
VE-3
VE-3
VE-3 VE-3
VE-3
VE-3
RQ
PO
N
9 1112
4,27
4,3
4,27
4,27
6,14 2,45 4,14 5,28
1,43
PLA
NT
A E
ST
RU
CT
UR
AL
- AZ
OT
EA
Esca
la__
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
__1:
300
VE-3
VE-3
VE-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3C
-3C
-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
C-3
Pres
enta
do p
or:
Br. J
ON
ATH
AN C
HAV
ARR
IA B
LAN
CO
Br. J
UAN
JO
SE R
UIZ
LO
PEZ
PLA
NTA
ESTR
UCTU
RAL
AZO
TEA
C:\U
sers\
Juan
\App
Data
\Loc
al\M
icros
oft\W
indo
ws\IN
etC
ache
\Low
\IE\W
9MVI
2DK\
bran
d[1]
.gif
0,34 0,5
0,44
0,5
C1
0,34 0,5
0,34
0,4
C2
C3 0,
3
0,45
0,3
0,4
C5
Ø0,2 Ø
0,35
C4
Ø0,3 Ø
0,45
ENC
AMIS
ADO
50X
50 C
MR
EF: 6
#8EN
CAM
ISAD
O 5
0X40
CM
REF
: 6#8
ENC
AMIS
ADO
45X
40 C
MR
EF: 6
#8EN
CAM
ISAD
O 4
5 C
MR
EF: 8
#8EN
CAM
ISAD
O 3
5 C
MR
EF: 8
#8
0,34
0,44
0,34
0,34
0,3
0,3
Ø0,3
REF
. LO
NG
ITU
DIN
AL: 8
#8
CO
ND
ICIO
N A
CTU
AL D
E LA
S C
OLU
MN
AS
Ø0,2
REF
. LO
NG
ITU
DIN
AL: 8
#8R
EF. L
ON
GIT
UD
INAL
: 8#8
REF
. LO
NG
ITU
DIN
AL: 8
#8R
EF. L
ON
GIT
UD
INAL
: 8#8
PRO
PUES
TA D
E R
EFO
RZA
MIE
NTO
DE
CO
LUM
NAS
Pres
enta
do p
or:
Br. J
ON
ATH
AN C
HAV
ARR
IA B
LAN
CO
Br. J
UAN
JO
SE R
UIZ
LO
PEZ
DET
ALL
ES D
E EN
CAM
ISAD
OS
C:\U
sers\
Juan
\App
Data
\Loc
al\M
icros
oft\W
indo
ws\IN
etC
ache
\Low
\IE\W
9MVI
2DK\
bran
d[1]
.gif
e
4 cmAcer
o de
refu
erzo
Rec
ubrim
ient
o de
l ace
ro
3 cm
SIKA
GR
OU
T 20
2
e
Acer
o de
refu
erzo
Aditi
vo S
IKAD
UR
-32
Gel
1 cm
Pres
enta
do p
or:
Br. J
ON
ATH
AN C
HAV
ARR
IA B
LAN
CO
Br. J
UAN
JO
SE R
UIZ
LO
PEZ
PRO
PUES
TA D
E VI
GAS
C:\U
sers\
Juan
\App
Data
\Loc
al\M
icros
oft\W
indo
ws\IN
etC
ache
\Low
\IE\W
9MVI
2DK\
bran
d[1]
.gif
e
4 cmAcer
o de
refu
erzo
Rec
ubrim
ient
o de
l ace
ro
3 cm
SIKA
GR
OU
T 20
2
e
Acer
o de
refu
erzo
Aditi
vo S
IKAD
UR
-32
Gel
1 cm
Pres
enta
do p
or:
Br. J
ON
ATH
AN C
HAV
ARR
IA B
LAN
CO
Br. J
UAN
JO
SE R
UIZ
LO
PEZ
Prop
uest
a de
Los
asC
:\Use
rs\Ju
an\A
ppDa
ta\L
ocal
\Micr
osof
t\Win
dows
\INet
Cac
he\L
ow\IE
\W9M
VI2D
K\br
and[
1].gi
f