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Reforzamiento y Actualización Sísmica de Estructuras

Ing. Jorge Rendón

[email protected]

Junio de 2016

Jorge Alberto Rendón Ospina

• Ingeniero Civil. Universidad Nacional de Colombia, Manizales. 1992.

• Especialización en Estructuras. Building Research Institute, Japón. 1998.

• Curso en Diseño Estructural. Instituto de Ingeniería Sísmica IZIIS,Macedonia. 2000.

• Miembro del Comité ACI440, Reforzamiento de Estructuras conMateriales Compuestos FRP.

• Ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia S.A. desde2001.

• Experiencia de 22 años en Diseño Estructural.

• Conferencista en Países como: Argentina, Brasil, Bolivia, Canadá, Chile,Colombia, Costa Rica, México, República Dominicana, Ecuador,Nicaragua, Panamá, Perú, Uruguay, Venezuela.

3

¿Por qué reforzar las estructuras?

1950 2016

Aumento de cargas verticales

Sección insuficiente de vigas y columnas

Acero de refuerzo insuficiente

Baja resistencia a compresión del concreto

Deterioro en el tiempo, incendio, impacto, etc.

Actualización sísmica.

4

Sismo en Chile Febrero 27 2010

Sismo en Baja California Abril 4 2010 Sismo en China Abril 14 2010

Sismo en Haití Enero 12 2010


5

Sismo en Japón Marzo 11 2011


6

Actualización Sísmica


7

1. Arriostramientos metálicos

2. Pantallas en concreto reforzado

3. Encamisado en concreto reforzado

4. Encamisado metálico

5. Platinas metálicas

6. Adición de perfiles metálicos

7. Contrafuertes

8. Postensionamiento externo

9. Materiales Compuestos FRP

10. Disipadores de energía

11. Aislamiento sísmicoMODIFICAN LA RESPUESTA

Sistemas de Reforzamiento Estructural


Arriostramientos Metálicos (Steel Bracing)1


Pantallas en concreto reforzado (RC Walls)2


Encamisado en concreto reforzado (RC jacketing)3


Encamisado en acero (Steel jacketing)4


Platinas metálicas (Metallic plates)5


Adición de perfiles metálicos (Metallic members)6


Contrafuertes (Buttressing)7


Postensionamiento externo (Postensioning)8


Disipadores de Energía (Dampers)9


Aislamiento Sísmico (Seismic Isolation)10


Materiales Compuestos FRP (FRP)11


1. Arriostramientos metálicos

2. Pantallas en concreto reforzado

3. Encamisado en concreto reforzado

4. Encamisado en acero

5. Platinas metálicas

6. Adición de perfiles metálicos

7. Contrafuertes

8. Postensionamiento externo

9. Materiales Compuestos FRP

10. Disipadores de energía

11. Aislamiento sísmicoMODIFICAN LA RESPUESTA


Sacudida

Severa

Comportamiento de una estructura durante un sismo

Hay que controlar:1. Desplazamientos Laterales

2. Esfuerzos en vigas y columnas


Comportamiento de las estructuras reforzadas

Ductilidad

ResistenciaReforzamiento basado en aumento de resistencia y rigidez

Reforzamiento basado en aumento de ductilidad

Reforzamiento basado en aumento de resistencia y ductilidad

Estructura original


Comportamiento de las estructuras reforzadas

Ductilidad

Resistencia

Reforzamiento basado en aumento de resistencia y rigidez

Reforzamiento basado en aumento de ductilidad

Reforzamiento basado en aumento de resistencia y ductilidad

Estructura original

1

2

3

1

23

Arriostramientos Metálicos

(Steel Bracing)

Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos


Arriostramientos Metálicos:



Clínica del Parque - Armenia



Hospital de Caldas - Manizales



Edificio de oficinas – Bogotá

Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos



Tipos de Arriostramientos Metálicos



Arriostramiento metálico tipo K – Japón

Conexión Indirecta



Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999)



Espiral No2 C 5 cm

Barras soldadasal arriost. metálico

Grout

Estructura metálica

Resina epóxica estructural

Sección existente

Barra de anclaje

marco perimetral

Fabrica Café Liofilizado – Chinchiná (1999)



Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999)



Pantallas en Concreto Reforzado

(Reinforced Concrete Walls)

Catedral de Manizales (2004)


Pantallas:


Pantallas:

Catedral de Manizales (2004)

Edificios en Cali (2005)

Pantallas:


Encamisado en Concreto Reforzado

(Reinforced Concrete Jacketing)

Encamisado de columnas

Encamisado de vigas


Encamisado en concreto reforzado:

Tanque de Vitelma – Bogotá (2006)



1) Preparación de la superficie

2) Colocación del nuevo acero de refuerzo




3) Colocación del puente de adherencia




4) Colocación de la formaleta




5) Colocación del concreto sin retracción




Encamisado terminado




Mortero de reparación

Remate del encamisado de la columna

Sistema Drypack



Encamisado en Acero

(Steel Jacketing)

Material de relleno: Adh. epóxico, grout ó concreto sin retracción

Camisa metálica

Soldadura

Espesor del material de relleno Material sugerido

Hasta 0.5 cm Adhesivo Epóxico

Hasta 5 cm Grout

Más de 5 cm Concreto sin retracción


Encamisado en acero:

Universidad en Bogotá (2008)



53

Postensionamiento Externo

(Postensioning)

54

Postensionamiento externo de las vigas longitudinales

Desviador


Postensionamiento Externo:

55



2 cables con dos torones de ½” cada uno

56



57



58



59



SikaGrout 300 PT

Disipadores de Energía

(Energy Damping)


Disipación de energía:

Sistemas Pasivos de Disipación de Energía

1. Metálicos (Metallic Yielding Dampers)

Fricción (Friction Dampers)

2. Viscoelásticos (Viscoelastic Dampers)

Solid Viscoelastic Fluid Viscoelastic

Fluid viscous

PallSlotted Bolted

Honeycomb ADAS TADASUnbonded Braces

Zoran’s

3. TMD (Tuned Mass Damper)



Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)


64

Sin disipadores Con disipadores

Con el sismo de Armenia – Colombia 1999


65

41% de reducción en el cortante

Max: 5559 Ton Max: 3263 Ton

Cortante sísmico en la base sindisipadores

Cortante sísmico en la base condisipadores



Disipadores de fricción tipo PALL – Hospital San Juan de Dios de Armenia (Colombia)


Aislamiento Sísmico

(Seismic Isolation)

Dispositivos flexibles colocados en la base para desacoplar a la estructura del movimiento del suelo.

Aislamiento Sísmico de Estructuras

Aislamiento Sísmico:


Sin Aislamiento Con Aislamiento


Aislador elastomérico típico para edificios y puentes:

Aisladores de caucho natural + Núcleo de plomo

Plomo disipador de energía

Capas de goma y acero

Platina de montaje

AMORTIGUAMIENTO DEL 3% AL 20% DEL CRÍTICO


HAY QUE TENER EN CUENTA:

Platinas y pernos de instalación


HAY QUE TENER EN CUENTA:

IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores.

74

1. Tipo de suelo


Suelo duro Suelo blando

Disipadores

Aisladores más grandes

75


3. Ubicación de los aisladores


Historia del Aislamiento Sísmico:

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

.Knossos, 2000 a.c.



Palacio de Knossos – Grecia (2000 A.C.)

Capa de arena fina



Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

.Roma, 70 d.c.



El Coliseo Romano (70 D.C.)



El Coliseo Romano (70 D.C.)

Piedras pequeñasPiedras medianasArcilla (capa gruesa)


El Primer Edificio con Aisladores de Goma

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia




Macedonia

Suiza


El Primer Edificio con Aisladores de Goma:

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)


El Primer Edificio con Aisladores de Goma:

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

54 aisladores de goma natural, de 70 x 70 cm, 20 cm de alto

Primer edificio con Aislamiento Sísmico en Colombia

Clínica Comfandi – Cali (2009)

Clínica Comfandi(2008-2009) - Colombia


Clínica Comfandi - Colombia


Detalle de colocación de los aisladores en el sótano

Columna

Aislador Deslizador



Detalle de colocación de los aisladores en el sótano

Materiales Compuestos FRP

(Fiber Reinforced Polymer)

94

Fibras/tejidos(carbono,vidrio)

Platinas CFRPpreformadasResina

(polímero)

=

Tejidos(CFRP,GFRP)

+

Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):


95

Materiales Compuestos FRP (Fibre Reinforced Polymer)

Usos importantes:

96

Platinas de carbono Sika CarboDur:

Tejidos SikaWrap:

Sistema Sika CarboDur

July 201597 Reforzamiento de estructuras de concreto mediante FRP

Vidrio Basalto AramidaCarbono

RESISTENCIAS ÚLTIMAS

RESISTENCIAS ÚLTIMAS

5000 MPa

4000 MPa

3000 MPa

2000 MPa

1000 MPa

RESISTENCIA DEL FRPCOMPARATIVA ENTRE DISTINTAS FIBRAS

ACERO

RESISTENCIA DE CÁLCULO


“…No he fracasado 999 veces, he encontrado 999 maneras de cómo no hacer la

bombilla eléctrica…”

INTRODUCCIÓNLOS ORÍGENES DE LA FIBRA DE CARBONO

Los orígenes de la fibra de carbono se localizan a finales del siglo XIX. El famoso inventorThomas Edison, desarrolló fibras de carbono incipientes a a base de fibra de bambú comofilamentos para los primeros desarrollos de las bombillas eléctricas.

101

Esfuerzos en una estructura sometida a cargas verticales y de sismo



Tejido CFRP

Equipo pesado

Cortante

Flexo-compresión

Flexión

Cortante

102

Esfuerzos en una estructura sometida a cargas verticales y de sismo

Cortante Cortante

Flexión

Confinamiento Cortante



103

vs

vs



104

vs



105

Aumento de Cargas Verticales

Aplicaciones con FRP…

106

Losa maciza - Bogotá



Puentes Av. 68 Calle 26 - Bogotá

107

Puente - Nemocón



Edificio - Bogotá

108

Platinas de carbono



109

Puente Pumarejo (2011)



110

Puente Cocorná (1996)

1ra aplicación de FRP en Latinoamérica



111

Actualización Sísmica


112

Edificio de apartamentos – Muros de concreto (Mayo 2010)

113



114



115



116



117

Estadio de Techo - Bogotá



118

Estadio Jaime Morón - Cartagena



119

Estadio Metropolitano - Barranquilla



120

Tanque - Ibagué



Escuelas del Distrito - Bogotá

121



122



Iglesia de Quimbaya - QuindíoIglesia de Nobsa - Boyacá

123



Universidad de CartagenaChimenea U.Distrital- Bogotá

124

Errores de diseño o construcción


- Sección insuficiente de vigas o columnas

- Baja resistencia a compresión del concreto

125

Reforzamiento de las columnas en un edificio (Baja resistencia a compresión)

126

Columnas confinadas con SikaWrap 300C



127

Colocación del SikaWrap 300C



128

Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer)

Guía de diseño norteamericana:

ACI 440.2R(2008)

129

Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer)

Programas de Cálculo: ACI 440.2R-08 NUEVO

JUNIO DE 2016, ING. JORGE RENDÓNSIKA COLOMBIA, TM REFURBISHMENT

SISTEMA SIKA CARBOSTRESS

SISTEMA SIKA CARBODUR

Tejidos SikaWrap Platinas Sika CarboDur

Platinas tensionadas Sika CarboStress

Sika CarboDur BC Rods

� DESCRIPCIÓN


Platinas de carbono tensionadas, para reforzamiento estructural.

� Los componentes:


Anclaje móvil Anclaje fijo

� Los componentes: Anclaje fijo


� Los componentes: Anclaje móvil


� Características técnicas:


� StressHead®

� Tipo StressHead® 220

� Material CFRP

� Peso 550 g

� Dimensión Ø 80 x 110 mm

� Lámina

� Tipo Sika CarboDur® S626

� Material CFRP

� Dimensión 60 x 2.6 mm

� Adhesivo epóxico SikaDur® 30

� Características técnicas:


� Características del sistema

� Fuerzo de tensado FP0 = 220 kN

� Fuerza anclada garantizado FPsk,min = 300 kN

� Tensión de postensado σP0 = 1‘410 N/mm2

� Deformación de la fuerza de postensado εP0 = 0.85 %

� Características de la lámina Sika® CarboDur® S626

� Sección transversal Aeff = 60x2.6 = 156 mm2

� Resistencia a tracción fu = 2'800 N/mm2

� Modulo elástico E = 170 kN/mm2

� USOS:


Aumento de cargas verticales

Mejor desempeño sísmico

Cambio de uso: aumento en la longitud de la luz

� USOS:


Cambio de uso: Eliminación de muros

� USOS:


Cambio de uso: Eliminación de columnas

� USOS:


Aumento de la capacidad sísmica

GraciasGracias

[email protected]

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