evaluacion_estructural

EVALUACION, REPARACION Y REFORZAMIENTO

SISMICO DE ESTRUCTURAS

En la rehabilitacin ssmica de las estructuras, se emplea los siguientes conceptos

bsicos:

Rehabilitar: Es el proceso de reparar o modificar una estructura a una

determinada condicin de uso. Segn esto criterio existen diversos grados de

rehabilitacin, los cuales pueden ser definidos como reparar, restaurar, reforzar.

Reparar: Es el proceso de reemplazar o corregir los materiales, componentes o

elementos daados o deteriorados de una estructura devolvindole su capacidad

sismoresistente inicial.

Reforzar: Es el proceso de incrementar la capacidad sismoresistente original.

Restaurar: Es el proceso de conseguir que la estructura sea utilizable

1. LA EVALUACIN ESTRUCTURAL

Segn la NTE E-030 (Diseo sismoresistente), las estructuras daadas por

efectos del sismo deben ser evaluadas y reparadas de tal manera que se corrijan

los posibles defectos estructurales que provocaron la falla y recuperen la

capacidad de resistir un nuevo evento ssmico, acorde con los objetivos de diseo

sismoresistente.

Asimismo indica que, ocurrido el evento ssmico la estructura deber ser

evaluada por un ingeniero civil, quien deber determinar si el estado de la

edificacin hace necesario el reforzamiento, reparacin o demolicin de la misma.

El estudio deber necesariamente considerar las condiciones las caractersticas

geotcnicas del sitio.

Por lo general durante una evaluacin se realiza primeramente una inspeccin

visual de daos (levantamiento de daos), para identificar posibles

manifestaciones en las estructuras, posteriormente se realiza una evaluacin

detallada en la que se determina el porqu de la falla y para ello es necesario

efectuar pruebas destructivas y no destructivas, adicionalmente se realiza una

simulacin del comportamiento de la estructura bajo las cargas de diseo. Se

verifica la capacidad de la estructura y se compara con lo exigido en el

Reglamento Nacional de Edificaciones.

2. TCNICAS DE REHABILITACIN SSMICA

Un sistema de rehabilitacin consiste en la implementacin de medidas

constructivas, la adicin de nuevos elementos estructurales o la disminucin de

aquellas deficiencias encontradas de manera que se mejore la respuesta ssmica

de la estructura.

Una estructura daada, no necesariamente tiene que ser reforzada, con solo

repararla y devolverla a su estado original puede cumplir con la funcin para la

que fue destinada.

Segn la NTE E-030 (Diseo sismoresistente del 2003), indica que los proyectos

de reparacin o reforzamiento debern incluir los detalles, procedimientos y

sistemas constructivos a seguirse.

A continuacin se har una breve descripcin de las tcnicas ms empleadas en

la reparacin y el reforzamiento de estructuras daadas por sismos.

2.1 REPARACIN ESTRUCTURAL

Las tcnicas ms utilizadas en la reparacin de estructuras son la inyeccin de

resinas epxicas y el reemplazo del material no sano.

a. INYECCIN DE RESINAS EPXICAS

Es un mtodo de colocacin del material de reparacin que consiste en inyectar

fisuras y/o grietas inactivas en concreto con un material adhesivo de baja

viscosidad que al solidificarse permita recuperar las propiedades de la estructura.

Uso

Se emplea en la reparacin de fisuras y/o grietas, superficiales y profundas (no

pasantes y pasantes), ya sea en superficies horizontales o verticales, cualquiera

sea su posicin.

Caractersticas del material

Inyeccin:

Los adhesivos ms usados para este tipo de reparacin son las

resinas epxicas y metacrilatos.

Deben ser de baja viscosidad e inyectable

No son aplicables a temperaturas mayores a 30 C.

Sello:

Complementariamente al material de inyeccin se emplea un

adhesivo para confinar la resina en la grieta y fijar los tubos de

inyeccin.

Preparacin de la superficie

Superficie sana y limpia mediante chorro de agua a presin o

arenado, luego aire a presin

Superficie seca, o saturada superficialmente seca

Limpieza del interior de la grieta con agua y aire a presin despus

de colocar el sello superficial

Fijacin de boquillas y sello superficial

Colocar boquillas en la superficie, a lo largo de la grieta. Si es

pasante, por ambas caras.

Sellar superficialmente toda la longitud de la grieta

Verificar -mediante aire comprimido- la comunicacin entre boquillas.

Aplicacin del material de reparacin

Inyectar el material al interior de la grieta, a presin constante

Comenzar por el punto de entrada ms baja de cada grieta y

continuar hasta que el material aflore- por el punto adyacente.

Cerrar el primer punto de iniciar la inyeccin en el siguiente hasta

que el material vuelva a florar en el prximo punto.

Si la grieta es pasante, verificar que el material aflore por el punto

opuesto ms prximo. Cerrar este punto y seguir inyectando. Si no

aflora por el punto opuesto, se inyectar por ambas caras.

Continuar la secuencia hasta completar la reparacin.

Acabado

Luego de que haya curado el material de inyeccin se retira el sello con

disco y se da la terminacin con mortero polimrico de baja contraccin

base cemento.

Equipos y herramientas

Taladro de paleta de baja revolucin.

Equipo e inyeccin: pistola manual, jeringa o sistema de aire comprimido

FIGURA NRO. 01

INYECCION DE FISURAS Y GRIETAS

Fuente: Manual de Rehabilitacin de estructuras de hormign Paulo Helene.

FOTO NRO. 01

VISTA DE REPARACIN EN UNA CONEXIN VIGA-COLUMNA EMPLEANDO

RESINAS EPXICAS

Fuente: tesis Estudio Experimental de un mdulo de refuerzo para

elementos de concreto armado Ing. Dina Cotrado Flores

b. REEMPLAZO DE MATERIAL NO SANO

Cuando los daos son mayores se realizan operaciones de remocin o reposicin.

El concreto suelto es removido, la superficie es picada y el polvo el limpiado,

posteriormente se reemplaza el material removido por un concreto nuevo con

bajas propiedades de contraccin, pero, debe prestarse una especial atencin en

la adherencia del concreto nuevo y el antiguo.

El encofrado y vaciado in situ, es uno de los mtodos de reparacin ms

empleados que consiste en la colocacin de un encofrado y el vaciado del material

de reparacin dentro del volumen o cavidad preparada.

Uso

Se emplea, principalmente, en reparaciones profundas de superficies verticales.

Caractersticas del material

Con la fluidez necesaria para ser colocado dentro del encofrado.

De baja contraccin.

Seleccin depende de las condiciones en sitio: performance vs.

constructibilidad.

Caractersticas del encofrado

Las formas del encofrado deben proveer el acceso del material en la

cavidad mediante chutes o cachimbas, y la eliminacin de burbujas de aire

mediante tubos o respiraderos.

En caso de ser necesaria la colocacin de un puente de adherencia, se

debe preveer la rpida colocacin de las formas.

Colocacin del material

La tcnica de colocacin del material es la misma que se practica en cualquier

vaciado de concreto convencional

La consolidacin del material se logra a travs de cualquiera de las siguientes

tcnicas:

Colocacin del material con cada libre y vibrado interno (vibrador)

Colocacin del material y compactacin con varilla

Mediante vibracin externa del encofrado

Empleo de material fluido y autocompactable

La compactacin debe remover el aire y proveer ntimo contacto con el sustrato de

la estructura existente.

Cuando el llenado completo es dificultoso, puede completarse la reparacin con el

sistema dry pack.

Curado

Hmedo durante 7 das

Equipo y herramientas

Mezcladora

Vibrador/varilla/comba

Carretilla/recipientes

FIGURA NRO. 02

ENCOFRADO Y VACIADO IN SITU


2.2 TCNICAS DE REFORZAMIENTO

El propsito del reforzamiento estructural es mejorar la resistencia ssmica de una

edificacin aumentando la capacidad sismoresistente de sus elementos

estructurales (columnas, vigas, muros) usando uno de los siguientes mtodos

a. REFORZAMIENTO TOTAL O PARCIAL EN COLUMNAS

Alcance: cualquier dimensin siempre que 6.0 cm

Sustrato: seco, con aplicacin de puente de adherencia formado por adhesivo de

base epxica (de baja viscosidad)

Preparacin: relacin agua total/cemento 0.50; revenimiento de 10 a 15 cm;

aditivo superplastificante y tamao mximo del agregado grueso igual a 1/4 de la

menor dimensin de la pieza

Aplicacin: debe estar conforme al diseo. perforar las losas o cimientos para

anclar las barras longitudinales a una profundidad 6 cm. limpiar las perforaciones

a seco y fijar las barras longitudinales con expansor de anclaje de base polister

(tixotropico). colocar separadores en el acero de refuerzo longitudinal y en los

estribos, tanto para mantenerlo a 2.0 cm del ncleo coma para garantizar un

recubrimiento mnimo de 2.0 cm. retirarlos y aplicar el puente de adherencia,

adhesivo epoxi (de baja viscosidad). recolocar la cimbra y verter el hormign,

compactndolo bien. emplear desmoldante. descimbrar despus de 48 horas y

repetir la operacin en el tramo superior. el ltimo tramo no debe tener una altura

superior a 30 cm y el hormign deber ser vertido a travs de los orificios

practicados a la losa. en caso que esto ltimo no sea posible, entonces se debe

realizar un relleno a una altura no superior a 8 cm con mortero seco del tiro

mortero base cementa, conforme lo descrito en este Manual.

FIGURA NRO. 03

ENCAMISADO TOTAL O PARCIAL EN COLUMNAS


Curado: saturado de agua por 14 das o dos manos de adhesivo de base

acrlica (membrana de curado) aplicadas con pistola, brocha o rodillo, inmedia-

tamente despus de descimbrar.

Cuidados: siempre que posible apuntalar la estructura y descargar la columna.

retirar los puntales solamente despus de 14 das

b. REFUERZO EN COLUMNAS CON LMINAS O PLACAS

METALICAS ADHERIDAS CON EPOXICO

Alcance: refuerzos permanentes. no deben ser usados en situaciones de

temperaturas elevadas (> 55 C).

Sustrato: eliminar los revestimientos de pintura y capa de mortero, escarificar la

capa superior del hormign (nata del hormign). formar una superficie plana y

rugosa. si fuera necesario rellenar cavidades y regularizar la superficie con

mortero (tixotrpico) de base epoxi, aplicado sobre el un puente de adherencia,

adhesivo base epoxi (de baja viscosidad). Instantes antes de aplicar el puente de

adherencia, limpiar la superficie del hormign que deber estar seca, con chorro

de aire comprimido o eventualmente con acetona, hasta la condicin de metal

blanco. las placas de acero se deben preparar con chorro de arena o con lijado

elctrico como mximo 2 horas antes de colocarlas. Instantes antes de la

aplicacin del adhesivo de base epoxi (de tratamiento de la superficie del acero),

limpiar y secar la superficies de las placas metlicas con chorro de aire

comprimido seco, o eventualmente, con acetona.

Preparacin: adicionar el componente endurecedor al componente resina,

mezclar y homogeneizar 3 minutos.

FIGURA NRO. 04

REFUERZO EN COLUMNAS CON LMINAS O PLACAS



Aplicacin: debe estar conforme el diseo. las placas de acero deben tener

orificios de 3 mm de dimetro a cada 15 cm para dejar escapar el aire, y deben

tener espesor mximo de 4 mm. se recomienda fijar las placas con el auxilio de

tornillos y tuercas. estos tornillos deben ser previamente embebidos en el

elemento estructural con expansor de anclaje de base polister (tixotrpico).

aplicar el puente de adherencia, adhesivo base epoxi (de baja viscosidad) en la

superficie del hormign con espesor de 2 a 3 mm.

Aplicar el adhesivo de base epoxi (de tratamiento de la superficie del acero) en la

superficie de las placas metlicas a ser colocadas.

Presionar fuertemente las placas metlicas contra la superficie del elemento

estructural, apretando las tuercas y con auxilio de los puntales telescpicos

inclinados respetando el tiempo de manipulacin y secado de los adhesivos.

presionar hasta obtener espesor uniforme del adhesivo, inferior a 1.5 mm. .

Se entiende por tiempo de manipulacin el plazo disponible para aplicar el

producto y por tiempo de secado el plazo total, despus de mezclar los

componentes del primer o adhesivo, durante el cual el material es aun adherente.

Tambin conocido como tiempo para aplicar la resina.

Terminacin: retirar el apuntalamiento despus de 48 horas. eliminar los

sobrantes de adhesivo antes del endurecimiento.

Curado: poner en carga solamente despus de 7 das.

Cuidados: trabajar con guantes y espejuelos de proteccin y en locales ventilados

y limpiar el equipo y herramientas con un solvente, antes de la polimerizacin del

sistema epoxi.

c. ENCAMISADO TOTAL O PARCIAL EN VIGAS

Alcance: refuerzos con cualquier dimensin.

Sustrato: seco, con aplicacin de puente de adherencia formado por adhesivo de

base epoxi (de baja viscosidad).

Preparacin: relacin agua total/cemento 0.50; revenimiento de 10 a 15 cm;

aditivo sperfluidificante y tamao mximo del agregado grueso igual a 1/5 de la

menor dimensin de la pieza.

FIGURA NRO. 05

ENCAMISADO TOTAL O PARCIAL EN VIGAS


Aplicacin: conforme al diseo. si fuera necesario habr que perforar la viga y

colocar nuevos estribos por lo menos a 20 cm de la cara inferior y fijarlos con

expansor de anclaje de base polister (tixotrpico). colocar el nuevo acero de

refuerzo longitudinal distanciado del existente aproximadamente 1 cm en la

vertical y 2 cm en la horizontal. Fijar las puntas del acero de refuerzo longitudinal a

1os pilares con expansor de anclaje de base polister (tixotrpico), con una

longitud de anclaje indicada por el proyecto, mnima de 5cm. Preparar cimbras

hermticas y rgidas. Retirar la cimbra, aplicar adhesivo epoxi (de baja viscosidad),

recolocar la cimbra y lanzar l hormign respetando su tiempo de manipulacin y

secado. El hormign debe ser colocado suavemente evitando la formacin de

bolsas de aire. Compactar bien con vibradores. Se entiende por tiempo de

manipulacin el plazo disponible para aplicar el producto y por tiempo de secado

el plazo total, despus de mezclar los componentes del primer o adhesivo, durante

el cual el material es aun adherente. Tambin conocido como tiempo para aplicar

la resina.

Terminacin: al descimbrar y por lo menos 48 horas despus, eliminar los

sobrantes, siempre de abajo para arriba para evitar rasgaduras. Si fuera

necesario, dar terminacin con mortero polimrico de base cemento (de baja

contraccin).

Curado: saturado de agua por 14 das o dos manos de adhesivo de base acrlica

o parafina (membrana de curado) aplicadas con pistola, brocha o rodillo, inmedia-

tamente despus de descimbrar.

Cuidados: apuntalar la estructura descargando la viga antes de la ejecucin del

refuerzo. Retirar los puntales solamente despus de 21 das.

d. REFUERZO EN VIGAS CON LAMINAS O PLACAS METALICAS

ADHERIDAS CON EPOXICO

Alcance: refuerzos permanentes. No deben ser usados en situaciones de

temperaturas elevadas (>55 C)

Sustrato: eliminar los revestimientos de pintura y de mortero, lijar la capa superior

del hormign (nata del hormign). Formar una superficie plana y rugosa. Si fuera

necesario rellenar las cavidades y regularizar la superficie con mortero (tixotrpico)

de base epoxi, aplicado sobre el puente de adherencia, adhesivo base epoxi (de

baja viscosidad). Instantes antes de aplicar el puente de adherencia, limpiar la

superficie del hormign - que deber estar seca - con chorro de aire comprimido o

eventualmente con acetona. Las laminas o placas de acero deben ser preparadas

con chorro de arena o con lijado elctrico, como mximo 2 horas antes de

colocadas, hasta la condicin de metal blanco. Instantes antes de la aplicacin del

adhesivo de base epoxi (de tratamiento de la superficie del acero), limpiar y secar

las superficies de las placas metlicas con chorro de aire comprimido seco, o

eventualmente, con acetona

Preparacin: adicionar el componente endurecedor al componente resina,

mezclar y homogeneizar por 3 minutos

Aplicacin: debe estar conforme al diseo. Las placas de acero deben tener

orificios de 3 mm de dimetro a cada 15 cm para dejar escapar el aire, y deben

tener espesor mxima de 4 mm. Se recomienda fijar las placas con el auxilio de

tornillos y tuercas.

Estos tornillos deben ser previamente embebidos en el elemento estructural con

expansor de anclaje de base polister (tixotrpico). Aplicar el puente de

adherencia, adhesivo base epxi (de baja viscosidad) en la superficie del

hormign con espesores de 2 a 3 mm.

Aplicar el adhesivo de base epoxi (de tratamiento de la superficie del acero) en la

superficie de las placas metlicas a ser colocadas. Presionar fuertemente las

placas metlicas contra la superficie del elemento estructural, apretando las

tuercas y con auxilio de los puntales telescpicos, respetando el tiempo de

manipulacin y secado de los adhesivos. Presionar hasta obtener espesor

uniforme del adhesivo, inferior a 1.5 mm.

Se entiende por tiempo de manipulacin el plazo disponible para aplicar el

producto y por tiempo de secado el plazo total, despus de mezclar los

componentes del primer o adhesivo, durante el cual el material es aun adherente.

Tambin conocido como tiempo para aplicar la resina.

Terminacin: retirar el apuntalamiento despus de 48 horas. Eliminar los

sobrantes de adhesivo antes del endurecimiento

Curado: no hay, poner en carga solamente despus de 7 das

Cuidados: trabajar con guantes y espejuelos de proteccin yen locales ventilados

y limpiar equipo y herramientas con un solvente, antes de la polimerizacin del

sistema epoxi.

FIGURA NRO. 06

REFUERZO EN VIGAS CON LMINAS O PLACAS



e. REFORZAMIENTO EN ZAPATAS

Alcance: refuerzos de cualquier dimensin, siempre que el espesor mnima sea

superior a 5 cm.

Sustrato: romper las aristas y escarificar la superficie expuesta. Sustrato seco con

la aplicacin de puente de adherencia y adhesivo base epxi (de baja viscosidad).

Preparacin: relacin agua/cemento menor que 0.50; revenimiento de 10 a 15

cm; aditivo superplastificante y tamao mximo caracterstico del agregado grueso

de 1/4 de la menor dimensin.

Aplicacin: escarificar la porte lateral y superior de la zapata. Colocar el refuerzo

conforme al diseo. Perforar el alma de la zapata y ahogar barras de refuerzo de

acuerdo al proyecto, con expansor de anclaje de base poliester (tixotropico).

Demoler aquello que fuera necesario. Si el refuerzo en la zapata original no fuera

suficiente, conectar nuevo refuerzo al antiguo. En caso que el refuerzo no sea

suficiente la zapata deber ser demolida en un pequeo trecho, para atravesar el

refuerzo complementario necesario. En estos casos rellenar con grout fluido de

base epxi para reparaciones profundas, los orificios pasantes del nuevo acero de

refuerzo complementario. Colocar el resto del acero de refuerzo de proyecto. Colar

las laterales con uso de cimbras y aplicar en las superficies laterales y superior

puente de adherencia.

FIGURA NRO. 07

REFUERZO EN ZAPATAS


Curado: hmedo durante 14 das o dos manos de adhesivo de base acrlica o

parafina (membrana de curado) aplicadas con pistola, brocha 0 rodillo. En las

primeras 3 horas evitar la irradiacin solar directa tapando la superficie.

f. REVESTIMIENTOS MONOLITICOS Y FRP

Los revestimientos monolticos, tambin llamados de laminados, son constituidos

de un refuerzo en forma de manta, tejido o fibras, generalmente de vidrio, polister

o nylon, dispuesto en una o ms camadas, embebidas por resinas de base

estervinlica, epoxi, polister, furnica o fenlica.

Las resinas representan la barrera qumica del revestimiento. Los refuerzos por

quedar impregnados con la resina, auxilian la formacin de una barrera qumica

ms rica y posibilitan la aplicacin de camadas ms espesas de revestimiento.

Adems, los refuerzos auxilian en la reduccin de la retraccin durante el curado,

sin embargo, reducen la flexibilidad del sistema. Las cargas minerales poseen un

papel importante en la reduccin del coeficiente de dilatacin trmica, en la

reduccin de la retraccin durante el curado, en la adecuacin de la consistencia,

adems de posibilitar el aumento y el control del espesor del laminado, reduciendo

su costo final.

Hoy en da, el reforzamiento en vigas y columnas con fibras de carbono es una de

las tcnicas ms empleadas y para colocacin se debe seguir los mismos

procedimientos mencionados en los tem b y d.

FIGURA NRO. 08

MANTA DE FIBRA DE CARBONO PARA EL REFORZAMIENTO

DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON


FIGURA NRO. 09

EJEMPLOS DE REFUERZO EN VIGAS CON FIBRAS DE

CARBONO


FIGURA NRO. 10qs

PRINCIPIOS DEL ENCAMISADO TOTAL CON FIBRAS DE

CARBONO EN COLUMNAS


FOTO NRO. 02

VISTA DE ENCAMISADO EN COLUMNAS CON FIBRAS DE

CARBONO


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