tesis avance de patologias

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FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

“DETERMINACIÓN Y EVALUACIÓN DE LAS PATOLOGÍAS EN COLUMNAS, VIGAS Y MUROS DE ALBAÑILERÍA CONFINADA DEL PABELLÓN A DEL CENTRO EDUCACIONAL ALTERNATIVO PREVOCACIONAL, DISTRITO DE CHIMBOTE, PROVINCIA DEL SANTA, DEPARTAMENTO DE ANCASH, ABRIL 2015” PROYECTO DE TESIS

PRESENTADO POR: PEDRO STEVEN VILLANUEVA ENRIQUEZ

ASESOR: ING. GONZALO MIGUEL LEON DE LOS RIOS

CHIMBOTE- PERU ABRIL 2015

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CONTENIDO Pág. 1. Título de la tesis………………………………………………………....01 2. Contenido……………………………………………………………….02 3. Introducción……………………………………………………………..03 4. Planteamiento de la tesis………………………………………………..05 4.1.

Planteamiento del problema……………………………………05 a) Caracterización del problema……………………………….05 b) Enunciado del problema……………………………….…….06

4.2.

Objetivos de la investigación……………………………………06 3.2.1. Objetivo general…………………………………………..06 3.2.2. Objetivos específicos………………………………………06

4.3.

Justificación de la investigación………………………………...07

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3.- Introducción. Los muros, columnas y vigas, son elementos estructurales que soportan las cargas verticales y transversales, así como fuerzas horizontales, que generalmente trabajan a flexo comprensión o flexión, según sea el caso. Puesto que los descritos anteriormente son elementos a compresión, la falla de una de estas en un lugar crítico puede causar el colapso progresivo de los distintos ambientes construidos hasta el colapso total de la estructura. En términos económicos y de pérdidas humanas, las fallas o lesiones de estos elementos es un evento de vital importancia. Los muros, columnas y vigas necesariamente requieren de conservación y mantenimiento, los más eficientes, oportunos y económicos. Especialmente porque las lesiones que sufren las estructuras proporcionan muy poca advertencia visual. Habiéndose constatado la realidad sobre la presencia de patologías de concreto en el pabellón A, las cuales tienen un tiempo promedio de 50 años, y presentan deterioro respecto a su vida útil. Por tal motivo el presente trabajo de investigación está referido determinar las patologías en columnas, vigas y albañilería confinada de concreto del pabellón A del centro educativo alternativo; las mismas que serán muestras de inspección visual, para identificar y evaluar las diferentes patologías que se presentan y determinar el porcentaje de afectación en sus distintas áreas. Por lo anteriormente expresado, el enunciado del problema de investigación es el siguiente: ¿En qué medida la determinación y evaluación de las patologías en columnas, vigas y muros de albañilería confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash, permitirá conocer el estado en que se encuentra la estructura?

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4. Planeamiento de la Investigación 4.1 Planteamiento del problema a) Caracterización del problema Las columnas, vigas y albañilería del pabellon A del centro educativo alternativo Prevocacional tienen un tiempo promedio de 50 años de construcción respecto a su vida útil. La realidad en la que se encuentran las diferentes edificaciones de nuestra localidad y/o región, nos proyecta imaginar de manera indirecta el estado de vulnerabilidad en la que se encuentran las edificaciones, en la medida que los dueños o usuarios nos ejecutan una mantenimiento periódico de las mismas. La vulnerabilidad de las estructuras suele reflejase a través de patologías que aparecen en las edificaciones, ocasionando múltiples efectos, desde pequeños daños y molestias para sus ocupantes, hasta grandes fallas que pueden causar el colapso de la edificación o parte de ella. La diversidad de patologías que se manifiestan en las edificaciones es infinita; además de ser un tema muy complejo. Difícilmente se logra determinar con precisión, las causas o motivos de muchas de las manifestaciones que presentan las estructuras; en muchos casos ni siquiera la experiencia de un experto es suficiente para dar una respuesta totalmente certera. Por ejemplo, las causas de aparición de una grieta en una estructura, pueden ser múltiples; algunas veces es posible identificarlas fácilmente, pero otras veces no lo es. Una manera sencilla de clasificar las patologías que se presentan en las edificaciones, es considerándolas en tres grades familias en función del carácter y la tipología del proceso patológico: físicas, mecánicas y químicas. De acuerdo a esto, las patologías pueden aparecer por tres motivos: Defectos, Daños o Deterioro. De acuerdo a lo descrito, es necesario ejecutar un proceso de investigación descriptiva del estado en se encuentran las columnas, vigas y muros de albañilería confinada, con la finalidad de determinar y evaluar las lesiones de dichas estructuras, para luego elaborar un informe con los resultados, conclusiones y sugerencias que son materia del presente proyecto de investigación denominado: “Determinación y evaluación de patologías de las columnas, vigas y muros de

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albañilería confinada del pabellón A del centro educativo alternativo Prevocacional en el distrito de Chimbote, provincia del Santa, departamento de Ancash – Abril 2015” b) Enunciado del problema ¿En qué medida determinación y evaluación de las patologías en columnas, vigas y muros de albañilería confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash, permitirá conocer el estado en que se encuentra la estructura? 4.2 Objetivos de la Investigación 4.2.1 Objetivo General Determinación y evaluación de las patologías en columnas, vigas y muros de albañilería confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash. 4.2.2 Objetivo Específicos a) Reconocer el tipo de patologías que existen en columnas, vigas y muros de albañilería confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash. b) Precisar las lesiones patológicas que existen en columnas, vigas y muros de albañilería confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash. c) Evaluar los tipos de patologías existen que existen en en columnas, vigas y muros de albañilería confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash. 4.3 Justificación de la Investigación La presente investigación se justifica por la necesidad de conocer las diversas lesiones de concreto que se presentan en columnas, vigas y muros de albañilería

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confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash.

En esta investigación sólo se ejecutará un trabajo de naturaleza descriptiva del estado actual de la realidad que es materia de investigación. En tal sentido, la ejecución se centra en la determinación y análisis de las diversas patologías a fin de establecer su clasificación, establecer las conclusiones y recomendaciones correspondientes. El presente trabajo servirá de base para la toma de decisiones que pudiera realizar la UGEL de Chimbote para reparar o ejecutar los cambios correspondientes en columnas, vigas y muros de albañilería confinada del pabellón A del centro educacional alternativo Prevocacional, distrito de Chimbote, provincia del santa, departamento de Ancash; de acuerdo a la clasificación de las patologías, las conclusiones y recomendaciones que surgirán como producto del presente trabajo de investigación.

5. Marco Teórico y Conceptual 5.1 Antecedentes 5.1.1 Antecedentes Internacionales a) “DURABILIDAD EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO, LOCALIZADAS FRENTE A LA COSTA”. (1) (Bernal J. 2009). El problema más importante que se observa en las construcciones de concreto es actualmente el deterioro por acciones ambientales. En las zonas costeras los principales agentes agresores son cloruros, sulfatos y la humedad, los cuales penetran a través de la red de poros del concreto. Algunos de estos agentes provocan daños directamente al concreto pero principalmente producen la corrosión del acero de refuerzo; esto provoca disminución de la resistencia de los elementos por pérdida de área de acero y posteriormente, el agrietamiento y desprendimiento del concreto. El agua de mar debe ser considerada como un medio de contacto de alto riesgo para la durabilidad del concreto reforzado; en primer término por su elevado contenido de cloruros que le confiere un carácter muy corrosivo para el acero de refuerzo y en segundo lugar por su moderada proporción de

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sulfatos y su consecuente acción química sobre el concreto de cemento portland. Estas condiciones tienden a ser más severas en el agua de las albuferas y pantanos costeros, a causa de la evaporación solar que incrementa la concentración de dichas sales.

Conclusiones: 

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Estos estudios de diseño se deben traducir en requerimientos de especificaciones de proyecto que sean razonables y no excesivas. La mezcla de concreto deberá estar proporcionada con base en los materiales seleccionados por el proyectista para asegurar que se satisfagan los requerimientos de durabilidad. Para asegurar la durabilidad proyectada, se tendrán que mantener los métodos de construcción apropiados, particularmente aquellos que afectan las propiedades del concreto fresco conforme es entregado. La consolidación, el acabado y también el curado se deberán ejecutar de tal manera que las propiedades del concreto endurecido tengan la durabilidad proyectada. Por lo anteriormente mencionado, es de vital importancia la supervisión y control de obra que se lleva a cabo en el medio ambiente marino, no menos preciando los factores a los que se someten otras estructuras en el interior de la República. Por último, es importante señalar que la tecnología aplicada también ha tenido lugar en el esfuerzo por encontrar soluciones de raíz a los problemas de durabilidad y vida útil de las estructuras de concreto, saliendo al mercado aditivos que se nombran inhibidores de corrosión los cuales modifican la microestructura del concreto para proteger el acero embebido de los sulfatos y cloruros. Así como también existen investigaciones muy a fondo con respecto al uso de acero galvanizado en las construcciones, tratando de inhibir con este material principalmente los efectos de la carbonatación del concreto que afectan la corrosión del acero de refuerzo, los resultados son evidentemente benéficos a favor de la durabilidad del concreto pero se contraponen al factor del costo del proyecto. De la misma manera existen estudios muy satisfactorios a favor de las propiedades mecánicas del concreto, esto se obtiene utilizando fibras de acero al interior de la mezcla pero solamente esto puede ser empleado en circunstancias que no exijan mayor capacidad de resistencia a los elementos donde se aplicará.

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b) “METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN ESTRUCTURAL ELEMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO EXISTENTES”(2)

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(Stuardo K., 2008). El gran desarrollo de la construcción se ha basado principalmente en la utilización de hormigón, debido a sus propiedades de durabilidad y rentabilidad; y de sus magníficas prestaciones en cuanto a resistencia mecánica al combinarse con acero. Hasta hace algunos años se consideraba que un hormigón armado bien ejecutado tenía una duración prácticamente ilimitada. Ahora bien, tanto la experiencia como las investigaciones llevadas a cabo indican que diferentes agresiones de tipo físico, químico o mecánico causan el deterioro del mismo y dan lugar a que aparezcan todo tipo de patologías asociadas. En la actualidad, muchas estructuras de hormigón armado con pocos años de servicio o muy antiguas, requieren ser evaluadas estructuralmente debido a su deterioro, a causa de la corrosión, defectos constructivos, catástrofes naturales, u otro factor; cuya finalidad es prevenir riesgos para las personas y determinar el nivel de daño que presenta la estructura para adoptar una propuesta de actuación acorde con los intereses del propietario o mandante. Esta tesis, presenta las patologías que pueden afectar a una estructura de hormigón armado, la metodología para inspeccionar, realizar ensayos y evaluar una estructura deteriorada, además de algunos esquemas de reparación; acordes con los códigos o normas utilizadas en Chile. Se pretende, proporcionar un esquema ordenado que abarque todas las instancias necesarias para una evaluación estructural y proporcione detalles de cómo realizar cada uno de los ensayos y pasos requeridos, para obtener una evaluación certera. La evaluación se abordará mediante dos métodos. La evaluación estructural simplificada o detallada está enfocada a estructuras que requieran ser evaluadas debido al deterioro por el paso del tiempo, corrosión, fisuración, pérdidas de resistencia, asentamientos o requieran cambio de uso, entre otros. La elección de utilizar la forma simplificada o detallada depende del tiempo, costos y nivel de deterioro que presente la estructura. El segundo método, o evaluación post sísmica, se orienta a estructuras que han sufrido un fenómeno natural como es el sismo, para el cual también se propone una forma rápida y detallada. Sin embargo, ambos

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métodos pueden utilizarse en forma conjunta a modo de complemento o en otras instancias, de acuerdo a lo que el evaluador considere conveniente.

Comentarios: 

Siendo Chile un país extremadamente sísmico y de acuerdo, a la factibilidad de que ocurran eventos sísmicos importantes en el futuro, es imprescindible calcular las estructura de manera de que resistan de forma adecuada, evitando la pérdida de vidas humanas; pero además de esto es importante el conocimiento de cómo se evalúa una estructura que presenta ciertas características de deterioro o peligrosidad, para no disminuir o exagerar los posibles riesgos que esta puede generar a las personas, y demoler o realizar intervenciones innecesarias a una estructura. Uno de los problemas, que surge entonces, es la necesidad de evaluadores con cierta experiencia o conocimiento, sin embargo la poca familiarización con el tema por diversos motivos, ya sea porque los estudios de las patologías en el hormigón armado, son relativamente nuevos o porque en las universidades no se dicten asignaturas concernientes con la evaluación de estructuras existentes, puede causar la sobreestimación o subestimación del daño, llevando a la ocupación peligrosa o la demolición innecesaria de los edificios.

5.1.2 Antecedentes Nacionales (1) “INFLUENCIA DEL AGRIETAMIENTO EN LA RESPUESTA SÍSMICA DE EDIFICIOS PERUANOS DE MUROS DE CONCRETO ARMADO”(3) (Dávila O, Pérez A. 2013). El análisis sísmico de los edificios de concreto armado se desarrolla en el Perú considerando los elementos estructurales sin agrietar. Aparentemente existiría una contradicción entre las indicaciones de las Normas de Diseño Sismorresistente y las de Diseño en Concreto Armado respecto a qué nivel de agrietamiento se deberían considerar en un análisis sísmico. En este trabajo se estudian los efectos del agrietamiento en los resultados del análisis sísmico de los edificios de muros de concreto armado. Se trabajó con modelos de edificios de diferente altura con una planta típica y se redujo la inercia de los muros con factores que van de 1 a 0.35.

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Se estudió la influencia del nivel de agrietamiento en los siguientes parámetros: período fundamental, cortante basal, deriva, distribución de momentos y cortantes. Se sugieren algunos valores (límite de deriva, factor de reducción R), a considerar en el análisis de edificios de muros de concreto armado si se consideran los efectos del agrietamiento. Conclusiones y comentarios:  Al aplicar la reducción de inercia considerada en la norma peruana de Concreto Armado E060 de hasta 0.35, el período se incrementa por un factor de 1.56 al aplicar un sismo en la dirección XX y por un factor de 1.9 al aplicar un sismo en la dirección YY.  Para la reducción de 0.35 aplicada a los muros de concreto armado se tiene que el cortante basal se reduce por un factor de 0.85 en edificios de 8 pisos y por un factor de 0.70 para edificios de mayor altura en ambas direcciones  El factor de reducción R de la Fuerza cortante máxima aplicada para un modelo elástico debe ser revisado en cada uno de los casos, tanto en edificios aporticados, duales y de muros de concreto armado, de considerarse los efectos del agrietamiento.

(2) “DETERMINACIÓN Y EVALUACIÓN DE LAS PATOLOGÍAS DE MUROS MÁS COMUNES EN LAS VIVIENDAS DE MATERIAL NOBLE EN LA CIUDAD DE SULLANA, AÑO 2010”(4) (Sevilla G. 2010). En Sullana, como en casi todo el Perú, la mayor parte de las viviendas se han construido en forma empírica, sin considerar los tipos de suelo, condiciones y capacidad portante, proporción de agua en las mezclas, calidad, inicio y duración del tiempo de curado según la época en que se construye y la hora de elaboración de los concretos, el concepto de cuantía de acero es algo completamente desconocido para los “maestritos” que se encargan de la mayor parte de las viviendas unifamiliares, y no hablemos de los encofrados, no solo en la calidad de los mismos si no en el tiempo que mantienen los mismos (Tiempos ridículos y peligrosamente cortos). Sumémosle la casi nula y mediocre supervisión de las entidades encargadas de ello (llámese la Municipalidad), etc. Podríamos seguir y la lista no se 9 detendría; pero ése no es objeto de ésta investigación, solo deseo hacer énfasis en la gran cantidad de variables que intervienen en éste problema, el de la mala autoconstrucción, y lo difícil que es el reto. Espero que señalando de manera práctica y adecuada aunque sea uno de los problemas resultantes

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de ésta mala praxis, ponga mi granito de arena en la futura solución del mismo. Existen una serie de anomalías conocidas como patologías de muro, que adolecen nuestras viviendas lo que implica que se requiere conocer los tipos de patologías que inciden más en la ciudad de Sullana, habiendo tomado como caso representativo a la Urbanización López Albújar I Etapa, ésta urbanización de la que podríamos decir que es típica de la ciudad, vale decir, se inició con unos módulos muy pequeños , que constaban de una habitación y un baño, y que en los últimos 20 años han sido ampliados a lo largo y alto. Todas ellas fueron construidas de manera empírica, lo que ha implicado toda una serie de patologías en éstas viviendas, especialmente las de muro. Conclusiones:  

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La tasa de agrietamientos en las viviendas es muy alta y todo indica que el proceso de deterioro seguirá. El tipo estructural de Albañilería Confinada tiene su sustento en la buena calidad de la albañilería y las bases, hallándose ambas características presentes de modo mediocre o malo en el proceso constructivo de las viviendas en ésta ciudad. No hay mucho que se pueda hacer por las viviendas ya construidas excepto obras de arte, pues estructuralmente están dañadas de manera permanente, las causas que los originó no han desaparecido, y es muy caro o difícil que desaparezcan, salvo alguna que otra excepción.

5.2. Bases teóricas de la investigación 5.2.1. Muros de albañilería, columnas y vigas de concreto. a) Albañilería Confinada. (García R. 2012). Es un sistema de construcción que resulta de la superposición de unidades de albañilería unidas entres si por un mortero, formando un conjunto monolítico llamado muro. La albañilería confinada se origina cuando el muro está enmarcado en todo su perímetro por concreto armando vaciado con posterioridad a la construcción del muro (5) b) Muros de albañilería.

(Vásquez O. 2011). Los muros son un componente básico de la albañilería, sus funciones son: dar forma a las edificaciones, separar los ambientes y

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espacios en función al uso, proteger de los agentes ambientales a los usuarios y estructural, soporte de techos y cargas de servicio. (6)

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7. Referencias bibliográficas (1) Bernal J. Durabilidad en estructuras de concreto armado, localizadas frente a la costa [Tesis maestría] Ciudad de México, D.F., México: Universidad Nacional Autónoma de México; [seriada en línea] 2009. Disponible en:

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http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.10 0/2993/_TESIS_COMPLETA.pdf?sequence=1 (2) Stuardo K. Metodología de evaluación estructural de elementos de hormigón armado existentes [Tesis Pregrado] Concepción, Chile: Universidad Católica de la Santísima Concepción; [seriada en línea] 2008. Disponible en: http://civil.ucsc.cl/investigacion/memorias/kstuardo.pdf (3) Dávila P, Perez A. Influencia del agrietamiento en la respuesta sísmica de edificios peruanos de muros de concreto armado [Tesis Pregrado] Lima, Perú: Pontificia Universidad Católica del Perú; [seriada en linea] 2013. Disponible en : http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/ 5255/DAVILA_ODILIO_AGRIETAMIENTO_SISMICA_EDIFICIOS_PERUA NOS_MUROS_CONCRETO_ARMADO.pdf?sequence=1

(4) Sevilla G. Determinación y evaluación de las patologías de muro más comunes en las viviendas de material noble en la ciudad de sullana, año 2010 [Tesis Pregrado] Sullana, Perú: Universidad Católica los Ángeles Chimbote; [2010]. Disponible: http://myslide.es/documents/patologias-de-muros.html

(5) García R. Análisis comparativo entre el sistema de muros de ductilidad limitada y albañilería confinada [Tesis Pregrado] Trujillo, Perú: Universidad Privada de Trujillo; [2012] Disponible: http://es.slideshare.net/DavidGarcia143/tesina-2 (6) Vásquez O. Comentarios sobre el Reglamento Nacional de Edificaciones Comentado. Lima: Printer Color; 2011.