Tecnicas de reparacion y reforzamiento de estructuras

Diplomado en Diseño Estructural

Técnicas de Reparación y Reforzamiento Estructural Profesor: Ing. Julio Higashi

INTRODUCCION

Reparación: Devolver a la estructura su capacidad estructural y de servicio anterior al daño sufrido.

Reforzamiento: Aumento de la capacidad estructural por encima de los niveles originales.

Situaciones que originan una reparación:  Accidentes.  Fallas en Diseño.  Mala Calidad de los Materiales.  Malos procedimientos de construcción.  Falta de mantenimiento de la edificación

Situaciones que originan un reforzamiento:  Cambio de uso de la edificación (sobrecargas mayores).  Aumento de numero de pisos.  Cambio en las normas de diseño.  Remodelación arquitectónica.

Intervenciones estructurales típicas:  Reforzamiento de techos.  Reforzamiento del sistema resistente ante cargas laterales.  Reforzamiento en techos y muros para nuevas aberturas.  Reparación de elementos estructurales.  Estructuras especiales para nuevos sistemas mecánicos y eléctricos.  Instalación de mezzanines y pisos adicionales.  Verificación de la cimentación existente.

Intervenciones estructurales típicas:

Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • El argumento principal para la rehabilitación sísmica de edificios

existentes es que proporcionará mayor protección de la vida y propiedad en futuros terremotos.

• La rehabilitación de edificios existentes reduce significativamente pérdidas futuras, y en términos económicos puede considerarse como una inversión para proteger activos actualmente en situación de riesgo.

Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes • Cada edificio tiene su propio perfil de vulnerabilidad: ubicación,

arquitectura, sistema estructural, ocupación, etc. En otras palabras, cada edificio tiene su propia historia.

• En un estudio de rehabilitación sísmica, es conveniente clasificar los daños dentro de un edificio en dos categorías: estructurales y no estructurales.

Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes El objetivo de la rehabilitación puede lograrse mediante la aplicación de una variedad de estrategias, como por ejemplo: 1. Aumento de la rigidez y la resistencia mediante la adición de nuevos elementos

2. Eliminación o reducción parcial de las irregularidades existentes 3. Reducción de la masa 4. Encamisetado

5. Aislamiento sísmico 6. Instalación de dispositivos de disipación de energía

Rehabilitación Sísmica de Edificios Existentes Un programa de rehabilitación sísmica también debe considerar técnicas para tratar los componentes no estructurales que podrían generar riesgos, como por ejemplo revestimientos arquitectónicos en las fachadas o prefabricados con insuficiente anclaje que puedan separarse del edificio y causar lesiones a los peatones.

Normas sobre Reparación y Refuerzo

ACI 562M-13: Code Requirements for Evaluation, Repair, and Rehabilitation

of Concrete Buildings (American Concrete Institute)

Normas sobre Reparación y Refuerzo

ACI 369R-11: Guide for Seismic Rehabilitation of Existing

Concrete Frame Buildings (American Concrete Institute)

Normas sobre Reparación y Refuerzo

ASCE/SEI 41-06: Seismic Rehabilitation of Existing Buildings

(American Society of Civil Engineers)

Normas sobre Reparación y Refuerzo

FEMA 547/2006: Techniques for the Seismic Rehabilitation of Existing Buildings (Federal Emergency Management Agency)

ACCIONES QUE AFECTAN LAS ESTRUCTURAS

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Inhibidores de corrosión:

Promotores de corrosión:

-

Concreto de alta calidad

-

-

Oxigeno,

Agua,

Concreto con pH Alto protege

eléctrica,

Ambientes

superficie del

reducen el pH (alcalinidad),

corrosión.

acero de la

Cloruros, etc.

Corriente que

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Agrietamiento y Desprendimiento

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Agrietamiento y Desprendimiento

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Reducción de la Capacidad Estructural

“La investigación llevada a cabo en vigas a flexión encontró que en acero con más de 1.5% de corrosión, la capacidad de carga última comenzó a caer, y al 4,5% de corrosión, la carga máxima se redujo en un 12%, probablemente a consecuencia de la reducción de diámetro de la barra “ (ACI Structural Journal March- April 1990, p.220)

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Penetración de Cloruros

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Grietas y Cloruros

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Grietas y Cloruros ACI 224R-01 Control of Cracking of Concrete Structures, presenta la siguiente tabla para los anchos tolerables en grietas para estructuras de concreto armado:

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Documentos • ACI Committee 222, 2001, “Protection of Metals in Concrete Against

Corrosion (222R-01)”. • ACI Committee 546, 2004, “Concrete Repair Guide (ACI 546R-04)” • ACI RAP Bulletin-8 Committee E706, Field Guide to Concrete Repair Application Procedures Installation of Embedded Galvanic Anodes • ICRI Technical Guideline, “Guide for Surface Preparation for the Repair of Deteriorated Concrete Resulting from Reinforcing Steel Corrosion,”

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión ACI RAP Bulletin-8 Committee E706: Embedded Galvanic Anodes

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión ACI RAP Bulletin-8 Committee E706: Embedded Galvanic Anodes

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Techos

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Techos

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Techos

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas Determinación de la profundidad de carbonatación: En la fotografía de la derecha se ilustra un caso de concreto con cierta profundidad de carbonatación, mientras que la fotografía de la izquierda corresponde a una zona con recubrimiento de concreto completamente carbonatado. Para fines prácticos la aparición de una coloración rojo-purpura indica un medio bastante alcalino, como es de esperar en un concreto en buenas condiciones.

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas Determinación de la profundidad de carbonatación: Los ensayos para determinar la profundidad de carbonatación en los puntos seleccionados, se realizo

pulverizando

una

solución

de

fenolftaleína sobre el concreto recién picado y midiendo a continuación el espesor del frente carbonatado.

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas Medición del potencial de electrodo acero/concreto: Fueron realizadas mediciones del potencial de electrodo

acero/concreto

seleccionados.

Las

en

los

puntos

mediciones

fueron

realizadas utilizando un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado y un multímetro digital de alta impedancia.

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas Análisis Químicos. Determinación de concentración de iones cloruro: Fueron analizadas 32 muestras de polvo de concreto extraídas de los puntos de ensayo, para determinar la concentración de iones cloruro(CI-). El método de análisis utilizado fue el método volumétrico basado en la Norma

ASTM D1411-04, en extractos acuosos de las muestras de polvo de concreto.

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Corrosión Detalles de Reparación Columnas

Acciones que afectan las estructuras: Carbonatación

Acciones que afectan las estructuras: Retracción por Secado

Acciones que afectan las estructuras: Retracción por Secado

Acciones que afectan las estructuras: Fuego

Acciones que afectan las estructuras: Sismos Ciudad Empresarial

Viña del Mar

Acciones que afectan las estructuras: Sismos

Acciones que afectan las estructuras: Sismos

Acciones que afectan las estructuras: Sismos

Acciones que afectan las estructuras: Sismos

EVALUACION DE ESTRUCTURAS EXISTENTES

Evaluación de Estructuras Existentes FASE 1: Recopilación de Información Para poder emprender la evaluación estructural será necesario primero hacer un acopio de información que incluya lo siguiente:  Planos de Arquitectura, originales, de ampliaciones y modificaciones sufridas

 Planos de Estructuras, igualmente los originales y de las ampliaciones  Planos de instalaciones, en los casos donde se identifiquen cargas especiales (chillers, grupos electrógenos , etc.)

Evaluación de Estructuras Existentes FASE 2: Visita de inspección ocular En la visita de inspección ocular se deberá completar una ficha donde se indique lo siguiente:  Características físicas del edificio  Modificaciones que se hayan podido efectuar en relación a los planos disponibles.  Mapeo de fisuras

 Coordinación con personal de mantenimiento de las edificaciones para que nos indiquen los eventos importantes que haya tenido la edificación en su vida útil (comportamiento durante sismos anteriores, daños que

fueron reparados, etc.)

Evaluación de Estructuras Existentes FASE 3: Levantamiento Estructural (no incluida en la fase 1)

En los casos donde no se haya podido cumplir satisfactoriamente la etapa de recopilación de información se deberá hacer un levantamiento estructural lo cual describimos a continuación:  Definición de secciones geométricas de los elementos estructurales.  Verificación de Armaduras.  Elaboración de planos estructurales.  Verificación de calidad de concreto.

Evaluación de Estructuras Existentes Verificación del refuerzo en columna existente con un martillo cincelador de 7 kg (15 lb). Los martillos de más de 7 kg (15 lb), pueden dañar el sustrato y el refuerzo.

Evaluación de Estructuras Existentes Verificación cimentación existente:

Evaluación de Estructuras Existentes Testigos diamantinos (Procedimiento Correcto)

Evaluación de Estructuras Existentes

Testigos diamantinos (Procedimiento Incorrecto) Antes

de

perforación

realizar en

la

cualquier estructura

existente se debe verificar la ubicación del refuerzo existente para no dañarlo.

Evaluación de Estructuras Existentes Testigos diamantinos (Procedimiento Incorrecto)

Columna 50cm de diámetro. Refuerzo principal de Ø1” cortado.

Evaluación de Estructuras Existentes Testigos diamantinos (Procedimiento Incorrecto)

Estribo de columna de Ø3/8” cortado.

Evaluación de Estructuras Existentes Conector mecánico ZAP SCREWLOK (BAR SPLICE)

• •

La unión de las varillas deberá encontrarse exactamente al centro del conector para poder garantizar la continuidad de la varilla. Ajustar todos los pernos con torque controlado hasta que las cabezas de los mismos se desprendan.

Evaluación de Estructuras Existentes FASE 4: Evaluación Estructural Con toda la información anterior se hará una evaluación estructural de la

edificación que considere lo siguiente:  Revisión de los planos de estructuras.  Modelación y Análisis Sísmico de la Estructura.  Análisis por Carga Vertical.  Verificación de los Elementos Estructurales.  Informe de Evaluación y Seguridad Sísmica.

EVALUACIÓN DE VULNERABILIDAD DE ESTRUCTURAS EXISTENTES

Evaluación de Vulnerabilidad de Estructuras Existentes

• Métodos cualitativos: Evalúan de forma rápida y sencilla, las condiciones de seguridad estructural de la edificación. Generalmente estos métodos han sido utilizados cuando se evalúa la vulnerabilidad de una muestra numerosa de edificaciones. O también cuando se tiene certeza acerca de la seguridad de una determinada estructura y se pretende corroborar dicho nivel de seguridad.

• Métodos cuantitativos: Los métodos cuantitativos más sencillos, utilizan características generales de la estructura para calificarla. Generalmente están asociados a índices globales que han sido calibrados con la experiencia siniestral de estructuras existentes, que permiten identificar el riesgo en términos generales y en algunos casos el nivel de daño.

Evaluación de Vulnerabilidad de Estructuras Existentes

Métodos cuantitativos indiciales: Se denominan así porque se basan en la comparación de valores denominados índice • Método de Shiga (1977): Se aplica cuando predominan los muros de concreto armado. • Método de Meli (1991): Se aplica cuando predominan los muros de albañilería. • Método de Hirosawa (1992): Se aplica a todo tipo de edificios.

MÉTODOS ANALÍTICOS APROXIMADOS

1. Método de Shiga •“Densidad de muros”: Relación del área en planta de los muros de corte correspondientes a la dirección de análisis entre área total acumulada del piso considerado. •“Promedio de esfuerzos cortantes”: Relación del peso total del piso considerado entre la suma de las áreas en planta totales de columnas y muros de corte, en la dirección de análisis.

1. Método de Shiga Shiga define los siguientes índices: Ism = (Σ Am) / (Σ APj) (índice de área de muros) Ic = (Σ Ac) / (Σ APj) (índice de área de columnas) It = (Σ Wj) / (Σ Am + Σ Ac) (índice de esfuerzo cortante nominal medio)

donde Σ Am : área de muros de concreto armado, disponible en el piso y en cada dirección de la planta para resistir las fuerzas sísmicas que actúan

en este piso. Σ Ac : área de columnas en el piso considerado Σ APj : área de las plantas ubicadas sobre el nivel considerado.

Σ Wj : Peso sísmico nominal total ubicado sobre el nivel considerado

1. Método de Shiga Toshío Shiga refinó el estudio y encontró que las edificaciones con un “índice de densidad de muros” mayor a 30 cm2/m2 y un “promedio de esfuerzo cortante” menor a 12 Kg/cm2 , no eran propensas a sufrir daños. Luego, la edificación será segura si: Ism > 30 cm2/m2 ; It < 12 Kg/cm2

1. Método de Shiga Los muros de albañilería que existen, se incluyen como muros equivalentes de concreto de igual resistencia al corte, transformando el área de su sección transversal, con un factor: FR1 = (0. 23τ + 0.12σ) / (0.29 √f’c ) Donde τ : resistencia al corte de la albañilería, en Kg/cm2 σ : esfuerzo normal debido a la acción de las cargas verticales, en Kg/cm2 (σ ≈ 1.0 x n; n: número de pisos sobre el piso analizado) f’c : resistencia cilíndrica a la compresión del concreto, en Kg/cm2

2. Método de Meli El índice de densidad de muros por unidad de piso, se calcula de la ecuación: Im = (Σ At ) / ( Σ Apj ) donde •Σ At : área total de muros de albañilería equivalente , en la dirección y nivel considerados. •Σ Apj : área de la planta del nivel j Mediante una muestra de 23 edificios, Meli relacionó el nivel de daños observados con la densidad de muros por unidad de piso, estableciendo la relación de la siguiente tabla.

2. Método de Meli

2. Método de Meli

2. Método de Meli • Estas relaciones empíricas se utilizan para establecer la vulnerabilidad de los pisos en los que predomina la albañilería. De esta manera, los pocos muros de concreto armado que existen, se incluyen como muros equivalentes de albañilería, de igual resistencia al corte, transformando el área de su sección transversal, de acuerdo a lo indicado. • Tanto en el área de los muros de albañilería como en los de concreto armado, se incluye el factor de reducción recomendado por Meli, con lo cual se considera la menor rigidez de los muros en los que la relación altura/longitud excede de 1.33. (h/L > 1.33)

3. Método de Hirosawa • El método del índice estructural de Hirosawa (1992) es un método capaz de predecir el riesgo y daño de las edificaciones y fue calibrado en base a la experiencia japonesa frente a eventos sísmicos. Este método ha sido adoptado por el Ministerio de Construcción del Japón, en la evaluación de la seguridad sísmica de edificios de concreto armado. • El método consta de tres niveles de análisis, cada uno de ellos más preciso según el orden, que van de lo simple a lo detallado basados primordialmente en el estudio del comportamiento y resistencia de los sistemas estructurales de cada piso del edificio en las direcciones principales de la planta. • El método fue propuesto originalmente para ser utilizado en edificios de concreto armado, de altura media, existentes o dañados, del orden de seis a ocho pisos, estructurados con muros o pórticos. En estudios más recientes el método se ha aplicado a edificios mixtos de concreto armado y albañilería.

3. Método de Hirosawa La vulnerabilidad estructural se establece considerando que: i) Si Is ≥ Iso se puede considerar que el edificio tiene un comportamiento

sísmico seguro frente a un evento sísmico.

ii) Si Is < Iso se puede considerar que el edificio tiene un comportamiento

incierto frente a un evento sísmico y, por lo tanto, se considera como inseguro.

3. Método de Hirosawa Niveles u órdenes del Método de Hirosawa •1º orden: Permite la evaluación de un diagnóstico del riesgo del sistema estructural, basado en la geometría de los elementos estructurales. •2º orden: Se basa en la estimación de la resistencia última de la

estructura asumiendo un comportamiento de falla por cortante para el sistema estructural. •3º orden: Considera exactamente los mismos criterios presentados en el

método de segundo orden, con el adicional de la consideración del mecanismo real de falla del sistema estructural evaluado a partir del análisis tiempo-historia y condiciones de no linealidad del material de la

estructura.

3. Método de Hirosawa Cálculo del índice de vulnerabilidad estructural IS •El método de 2º orden de Hirosawa presume que debido a la existencia de un diafragma rígido, el mecanismo de colapso será tipo panel, fallando las columnas al alcanzar la capacidad máxima del sistema, calculada a partir de un análisis espectral del mismo. El método considera también la geometría y morfología del sistema, así como el nivel de daño existente, deterioro del sistema estructural en el tiempo e influencia de las condiciones locales de la zona donde se encuentra el edificio.

3. Método de Hirosawa Is = E0 Sd T E0 : subíndice sísmico de la estructura Sd : subíndice sísmico del comportamiento estructural. T : subíndice sísmico del deterioro de la estructura.

4. Método de Guendelman Parámetro H/T De acuerdo con el valor del parámetro H/T, los edificios de concreto armado se califican desde demasiado rígidos hasta demasiado flexibles. Según Guendelman et al. (1997), esta calificación es la siguiente:

H/T < 20

Donde

Demasiado flexible

20 < H/T < 40

Flexible

40 < H/T < 70

Normal

70 < H/T < 150

Rígidos

150 < H/T

Demasiado rígidos

H: Altura total del edificio1 [m] T: Período del primer modo traslacional [seg]

1

Altura total medida incluyendo los sótanos.

4. Método de Guendelman Densidad de Muros:

La densidad de muros se define de la siguiente manera:

d=

Área de muros en una dirección [m2] Área de planta del piso considerado del edificio [m2]

4. Método de Guendelman Densidad de Muros por unidad de piso y unidad de peso: La densidad de muro por unidad de piso y unidad de peso, en adelante dnp, se estudia para ver la influencia del tamaño del edificio en la cantidad de muros que el edificio presenta. Para este efecto, la densidad de muros por unidad de piso y unidad de peso se calcula como:

dnp =

Área de muros en una dirección [m2] Nº de pisos sobre el nivel considerado x Peso del piso [ton]

Edificio Milenium (3 Sótanos - 8 Pisos - Azotea) H/T = 25.8 (Flexible)

dx= 0.009 dy= 0.013 dnpx= 0.001 dnpy= 0.001

Edificio Los Laureles (3 Sótanos - 7 Pisos - Azotea) H/T = 23.4 (Flexible) dx= 0.026 dy= 0.011 dnpx= 0.002 dnpy= 0.001

Edificio Morro Solar (3 Sótanos - 11 Pisos - Azotea) H/T = 45 (Normal) dx= 0.022 dy= 0.011 dnpx= 0.002 dnpy= 0.001

Edificio San Felipe (Sótano - Semisótano- 20 Pisos) H/T = 60 (Normal) (Bloque Inferior) dx= 0.024 dy= 0.022 dnpx= 0.001 dnpy= 0.001

Edificio El Rosario (2 Sótanos - 7 Pisos) H/T = 27.4 (Flexible) dx= 0.008 dy= 0.027 dnpx= 0.001 dnpy= 0.004

Edificio Santa Cruz (Semisótano - 15 Pisos) H/T = 45 (Normal) (Bloque Izq.) dx= 0.017 dy= 0.018 dnpx= 0.001 dnpy= 0.001

Edificio Buena Vista (Semisótano - 16 Pisos) H/T = 25.2 (Flexible) dx= 0.020 dy= 0.022 dnpx= 0.001 dnpy= 0.001

C.C. Cyberplaza (Sótano - Semisótano - 4 Pisos) H/T = 60 (Normal) dx= 0.009 dy= 0.012

dnpx= 0.002 dnpy= 0.002

Edificio Parque de Los Milagros (6 Pisos) (EMDL) H/T = 43.8 (Normal) dx= 0.025 dy= 0.022 dnpx= 0.005 dnpy= 0.004

ENSAYOS

Métodos de Ensayos para la Evaluación de Concreto Armado

Ensayos no destructivos

• VISUAL

Ensayos no destructivos • ESCLERÓMETRO (ASTM C 805)

Ensayos no destructivos • ESCLERÓMETRO (ASTM C 805)

Ensayos no destructivos • LOCALIZADOR DE BARRAS DE REFUERZO

Ensayos no destructivos • DETECTOR DE CORROSION

Ensayos no destructivos • DETECTOR DE CORROSION

Ensayos no destructivos • VELOCIDAD DE PULSO ULTRASONICO (ASTM C803)

Ensayos destructivos • Testigos diamantinos (ASTM C42) y Ensayo de compresión (ASTM C39)

Ensayos destructivos • Testigos diamantinos (ASTM C42) y Ensayo de compresión (ASTM C39)

Ensayos de carga

Ensayo de 24 Horas • NTE E.060 Concreto Armado, Capitulo 20 • ACI 318 – Building Code Requirements for Structural Concrete, Capitulo 20 Ensayo Cíclico • ACI 437 – Strength Evaluation of Concrete Structures

Ensayos de carga (NTE E.060) 20.3.2 Intensidad de la carga La carga total de la prueba (incluyendo la carga muerta ya presente) no debe ser menor que 0,85 [1,4CM + 1,7CV]. Se puede reducir la carga viva de acuerdo con las disposiciones de la NTE E.020 Cargas. 20.4 Aplicación de la Carga Prueba 20.4.2 La carga de prueba debe aplicarse en no menos de cuatro incrementos

aproximadamente iguales. 20.4.3 La carga repartida de prueba debe aplicarse de manera que se asegure su distribución uniforme a la estructura o parte de la estructura que está siendo

ensayada. Debe evitarse el efecto de arco en la carga aplicada.

Ensayos de carga (NTE E.060) 20.4.4 Deben realizarse las mediciones de las respuestas después de colocar cada incremento de carga y después de haber colocado el total de la carga sobre la estructura, por al menos 24 horas. 20.4.5 Debe removerse toda la carga de prueba inmediatamente después que se han realizado todas las mediciones de la respuesta definidas en 20.4.4.

20.4.6 Debe realizarse un conjunto final de mediciones de la respuesta, 24 horas después que se ha removido la carga de prueba.

Ensayos de carga (NTE E.060) 20.5 CRITERIO DE ACEPTACIÓN 20.5.2 Las deflexiones máximas medidas deben satisfacer una de las siguientes condiciones:

donde h es el peralte del elemento y lt la distancia a ejes de los apoyos o la luz libre entre apoyos más el peralte del elemento, la que sea menor. Para losas armadas en dos direcciones, lt será la luz mas corta. Para voladizos, lt deberá considerarse como el doble de la distancia del apoyo al extremo del voladizo.

Ensayos de carga ENSAYO CÍCLICO – ACI 437 • La carga es aplicada progresivamente en ciclos de carga y descarga usando gatos hidráulicos • Simulación de los momentos y cortantes debidos a cargas uniformes usando cargas puntuales • Las deflexiones son registradas continuamente (computadora) • Criterios de Aceptación Repetibilidad Permanencia Desviación de la Linealidad

Ensayos de carga ENSAYO CÍCLICO – ACI 437: Procedimiento de Carga

Ensayos de carga ENSAYO CÍCLICO – ACI 437: Criterios de Aceptación

• Repetibilidad

• Desviación

• Permanencia

Linealidad

de

la

Ensayos de carga

Montajes de Ensayos • Cargas Muertas  Agua  Arena  Vehículos • Gatas Hidráulicas  “Push-Down”  “Pull-Down”

 “Closed-Loop”

Ensayos de carga

Cargas Muertas

© 2007 Simpson Gumpertz & Heger Inc.

Ensayos de carga

Método “Pull-Down”

© 2007 Simpson Gumpertz & Heger Inc.

Ensayos de carga

Método “Push-Down”

© 2007 Simpson Gumpertz & Heger Inc.

Ensayos de carga

Método “Push-Down”

© 2007 Simpson Gumpertz & Heger Inc.

Ensayos de carga

Método “Closed-Loop”

© 2007 Simpson Gumpertz & Heger Inc.

Ensayos de carga

Método “Closed-Loop”

© 2007 Simpson Gumpertz & Heger Inc.

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo

Reforzamiento por Flexión en Viga de Concreto Armado

Plancha de Metálica

Fibra de Carbono

Planchas de Acero

Fibra de Carbono (Flexión)

Post-Tensado Externo

Post-Tensado Externo

Ensanchamiento de Vigas

Ensanchamiento de Vigas

Fibra de Carbono (Corte)

Reforzamiento Abertura en Losa:

Vigas Metálicas

Fibra de Carbono

Reforzamiento por Corte en Muro de Albañilería

Refuerzo de Concreto Armado

Refuerzo con Fibra de Carbono

Fibra de Carbono

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo Encamisetado de columnas:

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo Encamisetado de columnas:

Fema 172

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo 1. Interface Influence on Monotonic Loading Response (ACI Structural Journal/March-April 2005)

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo 1. Interface Influence on Monotonic Loading Response (ACI Structural Journal/March-April 2005)

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo 2. Interface Influence on Cyclic Loading Response (ACI Structural Journal/July-August 2008)

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo 2. Interface Influence on Cyclic Loading Response (ACI Structural Journal/July-August 2008)

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo 3. Strength of Reinforced Concrete Frame Connections Rehabilitated by Jacketing (ACI Structural Journal I May-June 1993)

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo 4. Behavior of Jacketed Columns (ACI Structural Journal I May-June 1993)

Introducción a Sistemas de Reparación y Refuerzo 4. Behavior of Jacketed Columns (ACI Structural Journal I May-June 1993)

Casos de Reparación y Refuerzo

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA • La edificación existente de 1 sótano y 7 pisos se ha estructurado en base a pórticos (columnas y vigas). • Las columnas principales tienen secciones rectangulares de 0.50x0.50m,

0.60x0.80m y 0.60x1.00m. • Las losas de techo están constituidas por Losas Aligeradas H=17cm armadas en una dirección.

• Las vigas principales tienen sección de 0.25x0.17m y 0.25x0.45m en la dirección x-x y sección de 0.35x0.65m en la dirección y-y.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA • A partir del tipo de corrugación encontrada en las barras de refuerzo y tomando en cuenta la época en que fue construida la estructura, se puede asumir que el punto de fluencia para el acero de refuerzo se

debe considerar fy=2800 kg/cm2.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima De acuerdo a lo recomendado en nuestra propuesta, se extrajeron y ensayaron 24 testigos.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima Luego de los ensayos realizados, los valores de la resistencia a la compresión obtenidos fueron los siguientes: - Testigo N°1 (Columna): f’c = 176 Kg/cm2 - Testigo N°2 (Columna): f’c = 300 Kg/cm2 - Testigo N°3 (Columna): f’c = 377 Kg/cm2 - Testigo N°4 (Columna): f’c = 210 Kg/cm2 - Testigo N°5 (Columna): f’c = 286 Kg/cm2 - Testigo N°6 (Viga): f’c = 452 Kg/cm2 - Testigo N°7 (Viga): f’c = 281 Kg/cm2 - Testigo N°8 (Viga): f’c = 225 Kg/cm2 - Testigo N°9 (Columna): f’c = 408 Kg/cm2 - Testigo N°10 (Columna):f’c = 235 Kg/cm2 - Testigo N°11 (Columna):f’c = 296 Kg/cm2 - Testigo N°12 (Columna):f’c = 381 Kg/cm2

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima Luego de los ensayos realizados, los valores de la resistencia a la compresión obtenidos fueron los siguientes: - Testigo N°13 (Columna): f’c = 353 Kg/cm2 - Testigo N°14 (Columna): f’c = 229 Kg/cm2 - Testigo N°15 (Viga): f’c = 385 Kg/cm2 - Testigo N°16 (Viga): f’c = 347 Kg/cm2 - Testigo N°17 (Columna): f’c = 386 Kg/cm2 - Testigo N°18 (Columna): f’c = 284 Kg/cm2 - Testigo N°19 (Columna): f’c = 223 Kg/cm2 - Testigo N°20 (Viga): f’c = 282 Kg/cm2 - Testigo N°21 (Columna): f’c = 376 Kg/cm2 - Testigo N°22 (Columna): f’c = 281 Kg/cm2 - Testigo N°23 (Columna): f’c = 246 Kg/cm2 - Testigo N°24 (Viga) : f’c = 312 Kg/cm2

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima Complementariamente a los ensayos de testigos diamantinos se realizaron pruebas en el concreto mediante un esclerómetro, con lo cual se verifico la uniformidad en el concreto.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima Luego de los ensayos realizados y complementando los valores obtenidos con los resultados de los testigos diamantinos, los resultados para los elementos ensayados mediante el esclerómetro serían los siguientes: - Esclerómetro N°1 (Col): f’c = 347 Kg/cm2 - Esclerómetro N°2 (Col): f’c = 280 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 286 Kg/cm2) [ 2% ] - Esclerómetro N°3 (Col): f’c = 415 Kg/cm2 - Esclerómetro N°4 (Col): f’c = 352 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 176 Kg/cm2) [100%] - Esclerómetro N°5 (Col): f’c = 454 Kg/cm2 - Esclerómetro N°6 (Col): f’c = 323 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 300 Kg/cm2) [ 8% ] - Esclerómetro N°7 (Col): f’c = 374 Kg/cm2 - Esclerómetro N°8 (Col): f’c = 336 Kg/cm2 - Esclerómetro N°9 (Vig): f’c = 320 Kg/cm2 - Esclerómetro N°10 (Vig): f’c = 347 Kg/cm2 - Esclerómetro N°11 (Col): f’c = 298 Kg/cm2

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima - Esclerómetro N°12 (Col): f’c = 321 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 296 Kg/cm2) [ 8% ] - Esclerómetro N°13 (Col): f’c = 344 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 229 Kg/cm2) [50%] - Esclerómetro N°14 (Vig): f’c = 332 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 347 Kg/cm2) [ 5% ] - Esclerómetro N°15 (Vig): f’c = 368 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 385 Kg/cm2) [ 5% ] - Esclerómetro N°16 (Col): f’c = 287 Kg/cm2 - Esclerómetro N°17 (Col): f’c = 425 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 408 Kg/cm2) [ 4% ] - Esclerómetro N°18 (Vig): f’c = 371 Kg/cm2 - Esclerómetro N°19 (Col): f’c = 277 Kg/cm2 - Esclerómetro N°20 (Col): f’c = 374 Kg/cm2 - Esclerómetro N°21 (Col): f’c = 352 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 376 Kg/cm2) [ 7% ] - Esclerómetro N°22 (Col): f’c = 337 Kg/cm2 - Esclerómetro N°23 (Col): f’c = 260 Kg/cm2 (Diamantina f’c = 284 Kg/cm2) [ 9% ] - Esclerómetro N°24 (Col): f’c = 230 Kg/cm2 - Esclerómetro N°25 (Col): f’c = 223 Kg/cm2 - Esclerómetro N°26 (Col): f’c = 203 Kg/cm2 - Esclerómetro N°27 (Col): f’c = 305 Kg/cm2

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima INSPECCION OCULAR Refuerzo principal de Ø1’’ y estribos de Ø3/8’’@.35

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima INSPECCION OCULAR

Para

las

2

zapatas

verificadas se encontró que los volados desde la cara

de la columna en ambos casos fueron de 1.00m y para

el

zapatas h=0.50m

peralte

se

de

las

encontró

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima EVALUACION DE COLUMNAS Para la evaluación de las columnas de concreto armado se consideró las siguientes combinaciones de cargas según lo indica la Norma Técnica de Edificaciones E060 Concreto Armado que se presentan a continuación:

C1 : 1.40CM + 1.70CV C2 : 1.25CM + 1.25CV + 1.00CS C3 : 1.25CM + 1.25CV – 1.00CS

C4 : 0.90CM + 1.00CS C5 : 0.90CM – 1.00CS

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima EVALUACION DE COLUMNAS Analizaremos en el sótano una de las columnas más cargadas, y donde además se extrajo el testigo diamantino N°2, en el cual se obtuvo un valor de la resistencia a la compresión del concreto de f’c = 300 Kg/cm2.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima EVALUACION DE CIMENTACION • A partir de lo encontrado en los trabajos de verificación sabemos que la zapata tiene un área aproximada de 2.80m x 3.00m y un peralte de h=0.50m. • Para la evaluación de esta zapata se ha realizado el análisis estructural por cargas de gravedad considerando como cargas muertas los pesos propios de los elementos estructurales (columnas, vigas y losas) y los pisos terminados (100 Kg/m2).

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima EVALUACION DE CIMENTACION • Como carga viva se ha considerado una sobrecarga de 300 Kg/m2 (incluye tabiquería móvil). Además de esto, también se han tomado en cuenta los esfuerzos sísmicos sobre la cimentación

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima EVALUACION DE CIMENTACION

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima EVALUACION DE CIMENTACION

A partir del análisis realizado, y considerando una capacidad portante del terreno de 4.00 kg/cm2, podemos observar que el área de la zapata existente es suficiente para soportar las cargas aplicadas, sin embargo el peralte existente no sería suficiente para el diseño por corte y punzonamiento.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ANALISIS SISMICO La carga sísmica total se ha calculado tomando el 100% de la carga muerta y el 25% de la carga viva, tal como lo señala la norma NTE-030 de diseño Sismorresistente. El cálculo de los desplazamientos elásticos se realizó

considerando todos los modos de vibración y 5 % de amortiguamiento en la Combinación Cuadrática Completa. Los desplazamientos inelásticos se estimaron multiplicando la respuesta elástica por 0.75R.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ANALISIS SISMICO Los parámetros sísmicos que se emplearon para definir el espectro de diseño fueron: •

Factor de zona (Zona 3): Z = 0.40 g

•

Perfil de Suelo (Tipo S1): S = 1.00 Tp=0.40 seg

•

Factor de Categoría (Categoría A): U = 1.00

•

Factor de Reducción: R = 8 (Existente)

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ANALISIS SISMICO

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ESQUEMAS REFORZAMIENTO • Se han planteado 2 esquemas de reforzamiento, el primero mediante disipadores de energía y el segundo mediante placas de concreto armado. • Los disipadores viscosos o dampers, son elementos que se adosan a los pórticos estructurales y que en un movimiento sísmico disipan energía sísmica a través del paso de fluido viscoso en su interior. Para edificaciones es muy conocido utilizar dos tipos de configuraciones: Chevron y Diagonal.

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PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ESQUEMAS REFORZAMIENTO La disipación de energía se produce desde el momento que las fuerzas sísmicas desplazan el pistón a través de las cámaras, este movimiento en ida y vuelta ocasiona un desplazamiento de silicona líquida entre las cámaras. El proceso disipa energía tanto para fuerzas de compresión como fuerzas de tensión.

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ESQUEMAS REFORZAMIENTO Para la dirección X-X ha sido necesario considerar 20 disipadores, tal como se muestra a continuación:

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PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ESQUEMAS REFORZAMIENTO Para la dirección Y-Y ha sido necesario considerar 20 disipadores, tal como se muestra a continuación:

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ESQUEMAS REFORZAMIENTO

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ESQUEMAS REFORZAMIENTO Para el reforzamiento mediante placas de concreto armado los parámetros sísmicos que se emplearon para definir el espectro de diseño fueron: • Factor de zona (Zona 3): Z = 0.40 g • Perfil de Suelo (Tipo S1): S = 1.00 Tp=0.40 seg • Factor de Categoría (Categoría C): U = 1.00 • Factor de Reducción: R = 6 (Considerando reforzamiento)

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima ESQUEMAS REFORZAMIENTO

PROYECTO– 1: Edificio Oficinas Cercado de Lima CONCLUSIONES: • Debido a la época en que fue construida la edificación esta no fue concebida como una estructura sismoresistente, por lo que será necesario incorporarle elementos que permitan cumplir con lo establecido por la norma NTE-030 de diseño Sismorresistente. • El análisis sísmico de la estructura existente muestra valores relativamente cercanos a los límites permitidos en algunos niveles, pero estos resultados podrían ser mayores, dado se ha considerado un factor de reducción por ductilidad de R=8 para un sistema que no cuenta con confinamientos adecuados, sin embargo nos da una idea del comportamiento de la estructura, por lo tanto en el presente informe hemos recomendado el uso de Disipadores de Energía o el acoplamiento de Placas de Concreto Armado.

PROYECTO– 2: Edificio Oficinas San Isidro

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Encofrado Típico Proyecto de Reforzamiento

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PROYECTO– 2: Edificio Oficinas San Isidro Según la NTE E-060, para el concreto estructural, f’c no debe ser inferior a 17MPa

(170 kg/cm2) y si se trata de un elemento resistente a fuerzas sísmicas, f’c no debe ser inferior que 21 MPa (210 kg/cm2). Sin embargo, los valores del esfuerzo de compresión obtenidos directamente del ensayo de compresión de los testigos

diamantinos son normalmente menores (hasta el 85%, según las normas de ensayo), que los valores f´c obtenidos en probetas estándar, en nuestro caso no cumplimos con los parámetros exigidos por la norma en los Testigos N° 1 y N° 2, siendo ambos las columnas ensayadas en el primer piso.

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Encofrado Típico Proyecto de Reforzamiento

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