Reforzamiento Estructuras - Ricardo Proaño - GEOCON.pdf

DISEÑO SÍSMICO Y MITIGACIÓN DE DESASTRES NATURALES

REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS MSc. Ing. Ricardo Proaño

AUDITORIO CIP JUEVES 28 DE AGOSTO DE 2014

REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS

El reforzamiento de estructuras contempla el aumento de la capacidad de lo los s el elem emen ento tos s es estr truc uctu tura rale les s de debi bido do a al algu guna na de defi fici cien enci cia a co con n respecto a las nuevas solicitaciones de demanda debido a sismo o viento u cambios de uso. 

Edifici Edifi cios os di diseñ señad ados os co con n de defic ficie ienc ncia ia de ca capa paci cida dad d po porr sis sismo mo o vientos.



Edificios con cambios de uso para los cuales no fueron diseñados

REHABILITACION DE ESTRUCTURAS La rehabilitación de estructuras contempla el aumento de la capacidad de los elementos estructurales debido a que estos fueron diseñados considerando lineamientos para el detalle de los refuerzos correspondientes a códigos de diseño pasados. 

Edificaciones antiguas diseñadas diseñadas con o sin códigos sísmicos



Puentes antig igu uos cuy uyo o diseño original no contem emp pla las recomendaciones actuales la determinación de la demanda sísmica y con detalles de refuerzo antiguos.



Edificios histó tórricos co con n materiales anti tig guos, méto tod dos de construcción antiguos y que no contemplan los nuevos lineamientos de construcción.

REPARACION DE ESTRUCTURAS La reparación de estructuras contempla la restitución de la capacidad de los elementos estructurales debido a la perdida de esta por  factores externos tales como incendios, falta de mantenimiento u otros. 

Estructuras con deterioro o perdida de capacidad de los materiales



 Estructuras o elementos estructurales con perdida de capacidad por la acción de sismos, incendios, etc.

PASOS A SEGUIR:

EVALUACIÓN DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE

REFORZAMIENTO

REHABILITACIÓN

REPARACIÓN

EVALUACION DE LA ESTRUCTURA EXISTENTE

Fase de  Adquisición de Datos

Características Mecánicas de los Materiales Elementos estructurales y Conexiones

Geometría de la estructura Investigación Histórica Peligro Sísmico Evaluación de Daños

Determinación del Sistema Estructural

Fase de Evaluación de la vulnerabilidad estructural

 Análisis Elástico Preliminar Estados Limite

Análisis No Lineal

Determinación de la Seguridad Estructural

Fase de Rehabilitación y/o Reforzamiento

Toma de Decisiones: Intervención Estructural

Rehabilitación Reforzamiento Reparación

GENERALIDADES DEL REFORZAMIENTO SISMICO

GENERALIDADES DEL REFORZAMIENTO SISMICO Propiedades relevantes de una estructura sismorresistente •

Resistencia lateral

•

Rigidez lateral

•

Capacidad de deformación

•

Masa reactiva

•

Disipación adicional de energía

GENERALIDADES DEL REFORZAMIENTO SISMICO

REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS

REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS En el contexto del Reforzamiento y/o rehabilitación estructural, existen tantas excepciones que uno a veces se pregunta si vale la pena formular reglas. . Se requiere tomar acciones concretas por documentar este tema. Las recomendaciones que se formulen aspiran a plantear un marco de referencia a partir del cual el proyectista ejerza su intuición y experiencia A pesar de lo anterior, puede establecerse que: • Si se toma la decisión de reforzar una estructura existente, dicha intervención debe ser contundente. El proyectista debe de ser conservador.

CONSIDERACIONES GENERALES En la reparación y refuerzo de cualquier elemento estructural, o en el refuerzo de una estructura por medio de la adición de nuevos elementos, debe fomentarse un comportamiento conjunto entre el material existente y el que se añade. En general, cualquier material que se añada a una estructura existente debe ser o exhibir: DURABILIDAD DIMENSIIONAMIENTO UNIFORME O ESTABLE ADHERIBLE RESISTENCIA TEMPRANA PROPIEDADES MECANICAS SIMILARES AL ELEMENTO A REFORZAR EXISTENTE

MATERIALES Resinas epóxicas de Baja viscosidad: Se utiliza para la inyección de fisuras y grietas estructurales con el objeto de devolverle el monolitismo inicial: Tratamiento de fisuras inertes. Consolidación de fisuras estructurales en: Vigas, pilares, losas, puentes, forjados, depósitos de agua, canales, etc. Inyección de microfisuras de retracción. Consolidación de elementos mal adheridos, etc.

Resinas de Mediana viscosidad: Relleno de grietas de mayor ancho  Anclaje de conectores metálicos en elementos de concreto Conexión entre concreto nuevo y existente

MATERIALES LECHADAS Y MORTEROS Lechada de concreto : Mezcla fluida de agua y cemento. Inyectado de grietas de hasta 0.5 mm de ancho. Contracción por secado.

Grouts: mezclas con base en cemento, aditivos y arenas seleccionadas, distribuidas en dosificaciones específicas.  Baja contracción  Altas resistencias a edad temprana.  Anclaje de conectores metálicos en concreto existente.  Relleno de huecos pequeños.  Conexión entre concreto nuevo y existente

 –  –  –  –  –

MATERIALES LECHADAS Y MORTEROS •

Documentación: Catálogos y especificaciones de fabricantes Comité 503 del ACI: "Uso de Compuestos Epóxicos con Concreto"  –  –

MATERIALES CONCRETO Comportamiento monolítico. Técnicas de preparación de la superficie del concreto existente. Propiedades parecidas a aquellas del concreto existente. Buena calidad. • •

• •

RECOMENDACIONES PARA EL USO DEL CONCRETO f ´c Cnuevo > 210kgf/cm2 f ´c Cnuevo = f ´c CExistente f ´c Cnuevo = f ´c Cexistente + 50kgf/cm2

MATERIALES CONSIDERACIONES PARA EL CONCRETO COLADO IN-SITU •

Falta de espacio. Aditivos súper-plastificantes Tamaño máximo del agregado Vibrado adecuado del concreto Colado en capas. Cambios volumétricos (contracción por secado). Control estricto del contenido de agua Saturar con agua superficie del concreto existente Procedimientos especiales de curado Aditivos expansivos  –  –  –  –

•

 –  –  –  –

MATERIALES CONSIDERACIONES PARA EL CONCRETO COLADO IN-SITU

MATERIALES CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE) Conducción neumática de concreto o mortero fresco a través de una manguera hasta lanzarlo a grandes velocidades. USO EN:

 –

Muros de concreto,

 –

Encamisado de diferentes tipos de elementos de concreto.

VENTAJAS: Colocación en zona de colado (posición vertical, horizontal o diagonal) Menor necesidad del uso de cimbras Ahorro de tiempo Buena adherencia al concreto existente y al acero de refuerzo Altas resistencias/manejo de relaciones bajas de agua-cemento.

 –

 –  –  –

 –

MATERIALES CONCRETO LANZADO (SHOTCRETE) •

 –  –  –

•

 –

NECESIDADES Equipo especial Personal altamente calificado Difícil asegurar colocado del concreto alrededor del refuerzo DOCUMENTACIÓN: Reporte del Comité 506-66 del ACI, "Recommended Practice for  Shotcrete"

MATERIALES ACERO •

Sustitución o adición de varillas Traslapes Soldadura Conectores mecánicos  –  –  –

•

Traslapes soldados Limpiar tramos de varilla con cepillo de alambre Precalentamiento Evitar enfriamiento rápido Personal calificado  –  –  –  –

MATERIALES

MATERIALES

MATERIALES ACERO DE REFORZAMIENTO Resistencia de diseño:

fy

refuerzo

≈

fy

existente 

Anclaje: Para los anclajes se utilizarán Ganchos Placas metálicas unidas al extremo de la varilla  –  –

MATERIALES

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL CONCEPTUAL 1.

Identificación sistema estructural existente

2.

Identificar las relaciones de aspecto de la estructura Irregularidades en planta  – Irregularidades en altura  –

3.

Estimación de masa y propiedades estructurales  –  –  –

Valor Global Distribución en planta Distribución en elevación

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL CONCEPTUAL 4.

Estimación de la rigidez de la estructura  –  –  –

5.

Distribución de la rigidez en planta Distribución de la rigidez en la altura Identificar discontinuidades o deficiencias

Definir interacción estructura con excitación sísmica  –  –  –

Análisis elástico (Estático o dinámico) Definir posibilidad de mal comportamiento sísmico Identificar deficiencias

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL DEFINICIÓN DEL ESQUEMA DE REFUERZO 1.

COMPATIBILIDAD DE RIGIDEZ

OBJETIVO:

DOTAR A LA ESTRUCTURA DE TOMAR DEFORMACIONES PARA UN NIVEL DE DEMANDA SÍSMICA

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL DEFINICIÓN DEL ESQUEMA DE REFUERZO 2.

COMPATIBILIDAD DE DEFORMACIÓN

OBJETIVO:

DOTAR A LA ESTRUCTURA DE RESISTENCIA ADICIONAL

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL FACTOR DE REDUCCION DE RESISTENCIA Establecer R conforme al sistema estructural (reforzado) que tome la mayoría de la carga lateral. Algunos autores, recomiendan hacer un valor de reducción a los valores de R estipulados en los códigos sísmico. Tipo de sistema estructural para la estructura reforzada  Acero  Arriostres excentricos  Arriostres en cruz Concreto Dual Muros estructurales

R R Construcción Nueva construcción Reforzada 6.5 6.0

6.0 - 5.5 5.5 - 5.0

7.0 6.0

6.5 - 6.0 5.5 - 5.0

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL ESTRUCTURACIÓN LA ESTRUCTURACIÓN DEBE DE SER SIMPLE Y REGULAR La estructuración del reforzamiento debe de intentar:

•

Corregir irregularidades de masa Corregir y evitar introducir irregularidades estructurales

•

Distribuir elementos rígidos uniformemente en planta y elevación

•

•

•

•

No concentrar elementos rígidos en unas cuantas crujías. No utilizar una columna como soporte de dos elementos rígidos Estudiar elementos y sistemas que soportan elementos de refuerzo (sistema de piso, cimentación)

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL ESTRUCTURACIÓN

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL ESTRUCTURACIÓN

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL ANALISIS ESTRUCTURAL El análisis estructural deberá ser elástico y tridimensional (de preferencia dinámico) sobre la estructura reforzada con la totalidad de la cargas aplicadas para poder observar : Irregularidades de resistencia Irregularidades de rigidez Cuando el caso lo amerite, se podrá realizar un análisis no lineal

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL ANALISIS ESTRUCTURAL En algunos casos se deberá tener en cuenta que: •

En caso de adición de elementos muy rígidos Contemplar flexibilidad de la cimentación Evaluar suposición diafragma rígido  –  –

•

Cálculo de áreas e inercias de elementos reforzados Elementos existentes sin daño importante. Utilizar   propiedades geométricas de la sección compuesta (sección transformada) Elementos existentes con daño importante o grave. Reducir  módulo de elasticidad del elemento dañado (50%) y utilizar  propiedades geométricas de la sección compuesta  –

 –

•

Efectos de corte en caso de elementos reforzados poco esbeltos

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL DEFINICIÓN DEL ESQUEMA DE REFUERZO Continuidad del refuerzo Garantizar continuidad a través de elementos existentes Doblado de acero Contemplar tensión en eje perpendicular  Estribos extras Pendiente 1 a 6 Collar de ángulos alrededor de columna existente Perforar la losa • •

 –  –  – • •

ESTRATEGIA PARA REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

CONTINUIDAD DEL REFUERZO • •  –  – •

•

Garantizar continuidad a través de elementos existentes Doblado de acero Estribos extras Pendiente 1 a 6 Collar de ángulos alrededor de columna existente Perforar la losa

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

CONTINUIDAD DEL REFUERZO

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL CONTINUIDAD DEL REFUERZO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

CONEXIÓN ENTRE ESTRUCTURA EXISTENTE  Y EL REFORZAMIENTO Promover comportamiento monolítico (conjunto) entre material existente con material de refuerzo  –

Concreto contra concreto

 –

Acero contra concreto

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

CONEXION DE CONCRETO CONTRA CONCRETO En ocasiones es necesario unir concreto con concreto, y para esto se debe de tener una transmisión adecuada de esfuerzo cortante rasante en la superficie de interfase. La superficie del concreto existente en interfase debe Limpia (libre de polvo, aceite y grasa) Picado Rugosidades del orden de 5 mm. Eliminar capa dañada de lechada con cepillo de alambre   

Cuando la demanda de cortante rasante V R entre la superficie rasante de sea: VR < 3kgf/cm2 no se requieren conectores metálicos 3kgf/cm2 ≤ VR ≤ 25kgf/cm2 se requieren conectores de corte

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

CONEXION DE CONCRETO CONTRA CONCRETO Cuando se utilicen varilla como conectores de corte estos deberán cumplir lo siguiente:

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

CONEXION DE CONCRETO CONTRA CONCRETO En ocasiones se puede utilizar el mecanismo de fricción para incrementar el monolitismo:

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

CONEXION DE CONCRETO CONTRA CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

REFORZAMIENTO DE PORTICOS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE CONCRETO REFORZADO USO TIPICO Marcos momento-resistentes, momento-resistentes, Encamisado de vigas y columnas

 –

TIPOS DE REFUERZO Acero longitudinal y transversal transversal Malla electrosoldada

 –  –

•  –  –

EFECTO EN CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS MECÁNICAS EXISTENTES Incrementos de resistencia y rigidez Mantiene capacidad de deformación moderada

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE CONCRETO REFORZADO RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES GENERALES •

•

los elementos a reforzar deberán de ser previamente restaurados antes del reforzamiento si es que han sufrido daño por sismo. Basar diseño acorde Normatividad Vigente para Estructuras de Concreto

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE COLUMNAS DE CONCRETO Sugerencias Encamisado por los cuatro lados Filosofía viga débil-columna fuerte Factores de reducción de resistencia bajos Encamisado simultaneo de vigas Considerar contribución de concreto y acero existentes (flexocompresión y cortante) • • • • •

Dificultades En el detallado de acero longitudinal cuando existen vigas En elementos de gran peralte

 –

 –

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE COLUMNAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE COLUMNAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE COLUMNAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE COLUMNAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE COLUMNAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE COLUMNAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE VIGAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE VIGAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE VIGAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE VIGAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ENCAMISADO DE VIGAS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

MURO DE RELLENO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

MURO DE RIGIDEZ

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO RECOMENDACIONES

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE MUROS DE CONCRETO

ETAPAS DEL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL ADICIÓN DE ARRIO ARRIOSTRES STRES - CONTRA CONTRAVIENT VIENTO O

OBJETIVO: OBJETIVO :

DOTAR DOTAR A LA ESTRUCTURA ESTRUCTU RA DE RESISTENCIA ADICIONAL Y REDUCCION DE LA DEMANDA DE DUCTILIDAD

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE ARRIO ARRIOSTRES STRES - CONTRA CONTRAVIENT VIENTO O

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE ARRIO ARRIOSTRES STRES - CONTRA CONTRAVIENT VIENTO O

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE ARRIOSTRES - CONTRAVIENTO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE ARRIOSTRES - CONTRAVIENTO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ADICIÓN DE ARRIOSTRES - CONTRAVIENTO

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

AISLAMIENTO SÍSMICO EN ESTRUCTURAS EXISTENTES

OBJETIVO:

REDUCCIÓN DE LA FUERZA DE DEMANDA SISMICA Y REDUCCIÓN DE DESPLAZAMIENTOS

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL REFORZAMIENTO DE CIMENTACIÓN PARA EL AISLAMIENTO DE UN EDIFICIO EXISTENTE

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL

ESTRATEGIAS PARA EL REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL