Plan de Tesis Revisado Final
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA CIVIL
TTULOEVALUACION DIAGNOSTICO Y PROPUESTA DE REFORZAMIENTO
ESTRUCTURAL DEL EDIFICIO COSTALES EN LA CUIDAD DE
RIOBAMBA
AUTORES
JULIO CESAR SILVA MIRANDA
JOSE LUIS GUEVARA COSTALES
ASESOR
ING. JAVIER VALLEJO
RIOBAMBA
2006
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ASPECTOS GENERALES
- TITULO
Evaluacin Diagnostico y Propuesta de Reforzamiento del Edificio Fausto Costales en
la cuidad de Riobamba.
- ORGANISMO RESPONSABLE
Facultad de Ingeniera.
- AUTORES
Julio Csar Silva Miranda.Jos Luis Guevara Costales.
- LUGAR DE REALIZACION
Universidad Nacional de Chimborazo.
- TIEMPO ESTIMADO DE ESTUDIO
Seis meses.
- BENEFICIARIOS
Estudiantes y profesionales de la rama que se dediquen a la investigacin y aplicacin de
reforzamiento de estructuras de hormign armado.
- COSTO ESTIMADO
Dos mil quinientos treinta y cinco dlares americanos.
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NDICE
ASPECTOS GENERALES 02
INDICE 03
1. INTRODUCCION 05
2. FORMULACION DEL PROYECTO
06
2.1Planteamiento y Formulacin del Problema de Investigacin 06
2.1.1Planteamiento del Problema
06
2.1.2Formulacin del Problema 06
2.2Objetivos 07
2.2.1General
07
2.2.2Especficos
07
2.3Justificacin 08
2.4Limitaciones 09
2.5Marco Terico 10
2.5.1Antecedentes 10
2.5.2Fundamento Terico 11
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2.5.3Hiptesis
33
2.5.4Variables, reas, Indicadores, ndices
33
2.6Metodologa de la Investigacin 34
2.7Poblacin y Muestra 34
2.7.1Poblacin
34
2.7.2Muestra35
2.8Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos 35
2.9Tratamiento de la Informacin 36
3. PLAN Y EJECUCION DEL PROYECTO
36
3.1 Plan General de Trabajo 36
4. RECURSOS 37
4.1 Recursos Humanos 37
4.2 Recursos Fsicos 38
4.3 Recursos Financieros 39
5. CRONOGRAMA DE TRABAJO 41
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6. BIBLIOGRAFIA 42
1. INTRODUCCIN
e los procesos de rehabilitacin de una edificacin, la evaluacin y el diagnstico
constituye el paso ms importante puesto que de acuerdo con su definicin
vendr la decisin de la intervencin. Acertar en la diagnstico representa el xito de la
inversin y por supuesto en la solucin de las patologas del problema.
D
No resulta fcil definir una metodologa expresa y nica para realizar la
evaluacin y diagnstico de una edificacin en particular, debido a la gran complejidadque se presenta ya sea en el levantamiento de datos reales, como en el anlisis estructural
de la misma. Por otro lado, para la evaluacin de patologas en estructuras de concreto es
complejo sealar una metodologa nica para la interpretacin del deterioro en
particular, ya sea por la presencia de una fisura, asentamientos en la cimentacin, o
cualquier otra anormalidad. No toda edificacin que presente dao en sus elementos
soportantes, demuestra que existi una mala concepcin del diseo estructural, sino que
tambin hay que analizar si la misma ya cumpli la vida til para la que estuvo diseada.
Analizando los elementos prismticos, una fisura asociada a la flexin puede en
un caso significar falta de acero de refuerzo por diseo deficiente aunque en otros casos
puede asociarse a la presencia de una sobrecarga. La inapropiada interpretacin del
funcionamiento estructural puede llevar a un equivocado diagnstico y por lo mismo a
unos inadecuados procesos de intervencin como sucede con la dilatacin que se forma
en una losa de entrepiso en el denominado sector de la plataforma, derivado del normal
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comportamiento estructural tomando en cuenta las recomendaciones geotcnicas y lo
previsto en el diseo estructural cuando se decide independizar cada sector estructural
tanto en el tipo de cimiento como en el resto de la estructura.
De all resulta la necesidad de sealar algunos criterios muy claros que permitan
apoyar la labor del diagnstico como la va para la mejor interpretacin de los daos
presentes en una edificacin particular para lo cual se comenta las que se han
considerado ms sobresalientes.
2. FORMULACIN DEL PROYECTO
2.1.PLANTEAMIENTO Y FORMULACION DEL PROBLEMA DE
INVESTIGACION
2.1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Estamos viviendo una poca de gran preocupacin por la calidad de
construccin. Los tcnicos, constructores y la administracin, son totalmente conscientesde que la calidad es rentable a corto y largo plazo y no solamente desde el punto de vista
econmico al evitar gastos de reparacin y al aumentar la vida til de las obras, sino
tambin, desde el punto de vista de prestigio nacional e internacional, que en definitiva
se traducir en beneficios tambin econmicos.
Muchas veces un diseo o una construccin deficiente, la corrosin del refuerzo,
el cambio de uso de una edificacin o un incremento en las cargas de diseo original,sumados a innumerables efectos ambientales crean la necesidad de pensar en reforzar
una estructura. En Ecuador, histricamente el reforzamiento se ha hecho de manera poco
convencional, ya sea agrandando las secciones estructurales o colocando elementos
metlicos que ayuden a tomar las cargas.
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Sin embargo, cada vez mas se introduce en nuestro medio un sistema de
reforzamiento estructural basados en nuevos materiales de alta tecnologa que presenta
innumerables ventajas frente a los mtodos convencionales.
2.1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA
Para llevar a cabo cualquier intervencin constructiva en una edificacin o en
un conjunto urbano es necesario la realizacin de un proyecto de rehabilitacin que
sea elaborado sobre la base de un diagnostico previo que brinde a los proyectistas la
mayor cantidad de informacin sobre la edificacin?
Los mtodos de anlisis constituyen un instrumento bsico para la conservacin
de edificios, ya que intentar frenar o corregir el deterioro de las construcciones sin un
diagnstico de sus problemas o un pronstico sobre su evolucin, es un riesgo con
un alto porcentaje de probabilidades de fracaso?
Qu se persigue con el reforzamiento estructural?
Las propuestas de reforzamiento estructural en edificaciones de hormign
armado pueden prevenir futuras situaciones de riesgo o catstrofe que se puedan
producir por movimientos ssmicos con el fin de proteger, asegurar y garantizar la
vida de los seres humanos, as como brindarle espacios seguros a la comunidad
frente a eventuales desastres?
2.2.OBJETIVOS
2.2.1. GENERAL
Desarrollar e implementar una metodologa de clculo que aporte datos
suficientes para la caracterizacin, evaluacin y aplicacin de los distintos tipos de
refuerzo, ya sean fibras de carbono o perfiles metlicos, como refuerzo para las
estructuras de hormign armado.
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2.2.2. ESPECIFICOS
Utilizar una metodologa adecuada para el diagnstico de los daos presentes en
una edificacin, as como su evolucin y pronstico de desarrollo.
Por medio del pronstico de desarrollo, repercutir directamente en una mejor
calidad de los proyectos de rehabilitacin a realizar, as como en la obtencin de
resultados satisfactorios desde el punto de vista cientfico, tcnico y econmico en
las investigaciones que es necesario para estos fines.
Proyectar y construir estructuras sismo-resistentes para que cumplan una
determinada funcin, durante su vida til y sean econmicamente convenientes.
Establecer un conjunto de procedimientos utilizando lenguajes de programacin
adecuados para la realizacin de un software que sea capaz de realizar el anlisis
para determinar la dimensin ptima de reforzamiento en estructuras de hormign
armado.
2.3.JUSTIFICACION
En respuesta a la creciente necesidad de reparar o rehabilitar las estructuras de
concreto reforzado ha surgido una nueva tecnologa de reforzamiento estructural. Los
desarrollos actuales de las tcnicas de produccin de fibras reforzadas con polmetros
(FRP) y perfiles laminados, ha progresado y ya son utilizados para la industria de laconstruccin dada la relacin costo/beneficio. La reduccin en le costo de los materiales,
en conjunto con los ahorros en mano de obra inherentes a su bajo peso y alta resistencia
hacen que estos mtodos de reforzamiento sean una alternativa atractiva para el
reforzamiento de estructuras existentes.
La pega de platinas de acero ha sido una herramienta para la industria de
reparaciones del concreto en los Estados Unidos y Europa en los ltimos 20 aos. Sin
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embargo el alto costo de instalacin de las platinas, usualmente pesadas, las dificultades
con el traslapo de las platinas y lo relacionado con la corrosin de las platinas de acero
han limitado el uso de esta tcnica.
Debido a sus excelentes propiedades de resistencia peso, a la reciente
reduccin en su costo (debido a la apertura de mercado hacia los clientes), a la relativa
ilimitada longitud del material, a la simple instalacin, y a la inmunidad a la corrosin
hacen que el uso de FRP represente una solucin ventajosa para el reforzamiento
adherido externamente.
Un problema actual en la ingeniera es la presencia de deflexiones en elementosde hormign armado, la cual tiene un carcter funcional, en primera instancia, y
posteriormente, si no hay el debido tratamiento, consecuencias estructurales de
indeseable desenlace, como el colapso, ante cargas ssmicas y/o aumento de cargas no
consideradas en el diseo.
Este inconveniente se visualiza no solo en elementos que ya tengan un tiempo de
uso considerable, si no tambin en elementos relativamente nuevos, siendo esta laprincipal preocupacin, ms an cuando la vida media de estos en servicio tiene apenas
un promedio de 10 aos.
Por este motivo el desarrollo de la presente investigacin aspira a contribuir con
una solucin efectiva e innovadora al problema, mediante el uso de la tecnologa FRP de
la empresa SIKA, en lo que respecta a su lnea de reforzamiento y rehabilitacin
estructural y de la utilizacin de perfiles metlicos.
2.4.LIMITACIONES
En respuesta a la creciente necesidad de reparar o rehabilitar estructuras de
concreto reforzado, han surgido nuevas tecnologas de reforzamiento estructural entre
las cuales los polmeros reforzados con fibras de carbono de alta resistencia (CFRP) y
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perfiles de acero son una alternativa real para la industria de la construccin dada la
relacin costo-beneficio, facilidad de colocacin, etc.
Los ingenieros que intentan hoy el uso de CFRP y perfiles de acero en
aplicaciones de reforzamiento externo se encuentran en el reto de la innovacin,
actualmente no existen reglas claras para el diseo de elementos concreto (vigas o
columnas) reforzados con CFRP y perfiles laminados en acero.
No es fcil, ni para el experto bien informado, orientarse en este caos aparente,
las estructuras de hoy exigen muchos mas cuidados que las de aos atrs, por esta causa,
la normativa actual es mucho mas exigente.
La situacin es tanto ms difcil para el estudiante en estos temas, debido a que la
informacin disponible en nuestra cuidad y provincia es muy escasa debido a que no han
existido estudios previos sobre la investigacin propuesta, cabe mencionar que no existe
la bibliografa necesaria que se relacione con el reforzamiento estructural.
En vista que la Universidad Nacional de Chimborazo se encuentra en unacreciente evolucin no se puede contar con un laboratorio de materiales adecuado que
permita realizar los respectivos ensayos informativos, que tenga por objeto conocer las
caractersticas reales del hormign aplicado en obra.
2.5.MARCO TEORICO
2.5.1. ANTECEDENTES
Para llevar a cabo cualquier intervencin constructiva de gran magnitud en una
edificacin o en un conjunto urbano, es necesaria la realizacin de un proyecto de
rehabilitacin que sea elaborado sobre la base de un diagnstico previo, el que a su vez
debe hacerse de la forma ms ordenada y minuciosa posible en aras de aprovechar al
mximo las potencialidades que ofrece la estructura, lo que sin lugar a dudas repercutir
directamente en la economa del proyecto.
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Los mtodos de anlisis constituyen un instrumento bsico para la conservacin
de edificios, ya que intentar frenar o corregir el deterioro de las construcciones sin un
diagnstico de sus problemas o un pronstico sobre su evolucin, es un riesgo con un
alto porcentaje de probabilidades de fracaso. La inspeccin, en los casos de reparaciones
parciales o de urgencia, se basa en un mtodo de anlisis y de conceptos bien asentados.
Toda accin de conservacin debe contemplar el conjunto de factores que actan sobre
la vida til de la construccin y nada debe ser improvisado o abordado de forma
superficial o rutinaria.
La utilizacin de una metodologa adecuada para el diagnstico de los daospresentes en una edificacin, as como su evolucin y pronstico de desarrollo, deber
repercutir directamente en una mejor calidad de los proyectos de rehabilitacin a
realizar, as como en la obtencin de resultados satisfactorios, desde el punto de vista
cientfico, tcnico y econmico en las investigaciones que es necesario efectuar para
estos fines.
Actualmente, debido a diversos factores, los estudios de diagnstico que serealizan no siempre se ejecutan de la forma ms eficiente. En ocasiones, se hacen
ensayos innecesarios o el plan de muestreo resulta demasiado abundante o insuficiente
sin responder a un anlisis cientficamente justificado, lo que sin dudas repercute en la
calidad de los proyectos que utilizan estos informes como fase preliminar.
El presente trabajo propone una metodologa para llevar a cabo el diagnstico de
las edificaciones, teniendo en cuenta las particularidades que el mismo presenta.
2.5.2. FUNDAMENTACION TEORICA
EL PROCESO PATOLOGICO, SU ANALISIS
El encuentro con un proceso patolgico tiene como objetivo su solucin, la que
implica la reparacin de la unidad constructiva daada para devolverle su misin inicial,
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para atacar un problema constructivo, en primer lugar se debe diagnosticar, es decir,
conocer su proceso, su origen, sus causas, su evolucin, sus sntomas y su estado actual.
Este conjunto de aspectos del problema, que pueden agruparse de un modo secuencial,
es lo que se denomina proceso patolgico.
En un proceso patolgico se pueden distinguir tres partes bien definidas, el
origen, la evolucin y el resultado final, de tal modo que para su estudio se debe recorrer
dicho camino de forma inversa.
E s ta d o A c tu a l
S n t o m a s
P A T O L O G I C O
C a u sa s
E v o lu c i n
O ri g e n
P r o c e s o P a to l g i c o
E S T U D IO
Figura 1: Fases del Proceso Patolgico
As pues, se debe empezar por observar el resultado de la lesin, el sntoma, para
llegar a su origen, la causa, siguiendo su evolucin. Este anlisis debe ser metdico y
exhaustivo porque de l depende el xito del proyecto. Por ello, es preciso adoptar un
mtodo sistemtico de observacin, toma de datos y limitar las posibles ideas
preconcebidas, es decir, contener la intuicin profesional que puede ser comn y til en
algunas ocasiones, pero muy peligrosa en otras.
PREMISAS PARA LA ELABORACION DE LA METODOLOGIA
Se presenta una metodologa para el diagnstico de edificaciones cuyas premisas
fundamentales sern las siguientes:
Clasificacin y caracterizacin de las tipologas constructivas.
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Identificacin de los daos asociados a cada elemento constituyente.
Identificacin de los deterioros en los puntos de unin entre los elementos.
Determinacin del origen, evolucin y estado actual de los diferentes estados
patolgicos.
S a t i s f a c t o r i a
P r o p u e s t a d e M a n t e n im i e n t o
N o S a ti s fa c to r ia
R e g i s t r o d e C a s o
E v a l u a c i n
S e l e c c i n d e l o s M a t e r i a l e s
P e s i m i s t a
R e a l i z a c i n d e l o s E n s a y o s
y d e l a Z o n a d o n d e s e R e a l i z a r nS e l e c c i n d e E n s a y o s E s p e c i a le s e n O b r a o e n L a b o r a t o ri o
U r g e n c i a d e I n t e r v e n c i n
C o n f e c c i n d e F i c h a s y P l a n o s
R e c o p i l a c i n d e A n t e c e d e n t e s
I n s p e c c i n P r e l i m i n a r . L e v a n t a m i e n t o d e D e t e r i o r o s
N o In te rv e n ir
D e f i n i c i n d e C o n d u c t a
P r o n s t ic o
E s P o s i b l e D i a g n o s t i c a r ?N o
D i a g n s t i c o
S i
R e a l i za c i n d e E n s a y o s R p i d o s o G e n e r a le s
P r e d i a g n s t i c o
I n s p e c c i n I n i c i a l
C o n o c i d a
D e s c o n o c i d aT e r a p i a
E j e c u c i n
I n t e r v e n i r
D e m o l e r
I n v e s t i g a r
Figura 2: Metodologa para el Diagnstico y su Actuacin
REPARACION DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO
REFUERZO CON FRP
Ventajas
Su virtud es netamente en la direccin longitudinal del elemento.
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Excelente comportamiento y durabilidad frente a ambientes corrosivos,
sustancias qumicas, su bajo peso.
Inconvenientes
La resistencia en la direccin transversal as como al cortante tienen valores
bajos.
No es recomendable la exposicin a los rayos Ultra Violetas (UV), fuego o altas
temperaturas, su debilidad radica en la resina y decoloracin de la pega (adhesivos).
CONCEPTOS DE FRP
FRP
Las lminas CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) son una combinacin de
fibras de carbono en una matriz de resina epxica, su resistencia radica en la direccin
longitudinal de la fibra, en la cual tiene valores elevados de este parmetro, as como su
rigidez. Su comportamiento es excepcional a la fatiga, mucho mejor que la del acerocomn y teniendo al mismo tiempo una densidad baja.
FIBRAS
Las fibras son los elementos con capacidad de carga y la matriz epxica sirve
para unir las fibras entre s, permite la transferencia de carga entre las fibras y las
protege del medio ambiente. Carbono (CFRP), Vidrio (GFRP), Aramida (AFRP).
POLIMERO
Resinas epxicas, polister, vinilster.
COMO FUNCIONA EL SISTEMA FRP
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El sistema FRP funciona bien solo cuando se asegura una adecuada adherencia a
la cara de concreto. Bajo condiciones ambientales severas, la superficie del concreto
puede representar un contacto muy dbil en el proceso de reforzamiento y hay que tener
un especial cuidado en esto.
Dos factores importantes en el proceso de reforzamiento son la mano de obra
especializada en su uso y aplicacin y en control de calidad de la superficie a reparar,
otros factores tambin importantes son:
Resistencia a la traccin de la superficie del concreto.
Uniformidad y espesor de la capa de adhesivo.
Resistencia y perfecta reaccin qumica del sistema epxico de adhesin.
Geometra del elemento a reforzar.
Condiciones ambientales en el momento de la aplicacin.
APLICACIONES DE LOS SISTEMAS FRP
Los beneficios de este sistema de reforzamiento, y por ello su vasta aplicacin en
diversas construcciones, se puede resumir en:
Peso muy liviano (mnima carga muerta adicional).
Alta durabilidad, anticorrosivo y bajo mantenimiento.
Rpida instalacin, con el consiguiente ahorro de dinero y tiempo de espera.
Mnimo incremente de espesor en la geometra del elemento.
Muy flexible, adaptable a todas las formas de los elementos.
Sus aplicaciones ms usuales vienen determinadas por:
Cambios en el uso o cargas en las edificaciones.
Defectos en el diseo o construccin.
Cambios en las normas de diseo.
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Daos ssmicos.
Deflexiones excesivas, etc.
APLICACIONES EN VIGAS
Al aplicarse en vigas, el sistema FRP incrementa sensitivamente la capacidad de
resistencia a la flexin y al corte en estos elementos. La resistencia adicional es tal, que
una viga agrietada por las cargas a las que ha sido sometida, reforzada de extremo a
extremo posteriormente con este sistema, puede llegar a superar su capacidad de carga
adicional.
Al aplicar este sistema en la cara del fondo de la viga, en su longitud,
incrementamos su resistencia a la flexin, controlando mejor su deflexin, mientras que
si se aplica en las caras laterales, incrementamos su resistencia al corte.
APLICACIONES EN COLUMNAS
Una de sus aplicaciones ms usuales consiste en incrementar la resistencia a la
flexin y dotar de mayor confinamiento a las columnas. Este es un sistema de bajo costo
en comparacin a tener que agrandar la seccin de las columnas, con la consiguiente
prdida de la apariencia arquitectnica original. Una vez reforzada y recubierta la
columna, el cambio en la apariencia es nulo, pero muy significativo en resistencia.
APLICACIONES EN LOSAS
Al aplicar este sistema de reforzamiento en losas aligeradas o macizas armadas
en una o dos direcciones, las cargas de servicio pueden ser sustancialmente
incrementadas, manteniendo un control de su deflexin. Otras estructuras que pueden ser
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reforzadas son tableros de puentes, losas de piso de concreto, losas de estacionamiento,
losas industriales, etc.
ESTNDARES DE DISEO
FILOSOFIAS DE DISEO FRP
Lmites de reforzamiento.
Proveer un esfuerzo secundario, excepto reforzamiento ssmico.
Situacin accidental.
Asegurar un modo de falla dctil o pseudo-dctil.
Lmite de deformaciones/compatibilidad.
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Factores de reduccin apropiados/lmite de resistencia (estado lmite ltimo y
servicio).
LIMITES DE REFORZAMIENTO SITUACION ACCIDENTAL
Ductilidad
El diseo provee una falla dctil si se asegura que bajo las cargas aplicadas se
permitir al acero permanecer dentro del rango plstico sin que se presente una falla
(frgil) a compresin del concreto.
PSEUDO DUCTILIDAD
Ductilidad a flexin refuerzo convencional.
balS 0.75db
A
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Ductilidad a flexin ACI 440.2R refuerzo FRP.
0.0050:C.8.2440.2R,ACI S
Si 0.0050S se exige mayor reserva de resistencia:
LIMITES DE DEFORMACION / COMPATIBILIDAD
Reforzamiento a flexin/control por delaminacin o desgarre.
En donde coinciden alto cortante y momento, las fisuras de cortante pueden
producir un desplazamiento vertical de la losa y delaminacin del FRP.
fumfe K:C.9.2440.2R,ACI
REFORZAMIENTO A CORTANTE ACI 440.2R, C.10.4
lateralsolooUenenvoltura0040.0K
completaenvoltura75.00040.0
fuvfe
fufe
LIMITE DE FUERZA POR ANCLAJE PUNTO CORTE DEL FRP
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ACI 440.2R, C.12 seccin del punto de corte/control por desgarre
El FRP debe ser terminado una distancia mnimo igual a d/2 pasado el punto
sobre el diagrama de momento que representa el fisuramiento (M = Mcr), o pasado el
punto de inflexin.
La fuerza a cortante mayorada en la terminacin debe tambin ser verificada
contra 2/3 de la resistencia a cortante del concreto.
Si la fuerza a cortante es mayor a 2/3 de la resistencia a cortante del concreto, se
recomienda envoltura en U para reforzar contra la delaminacin del recubrimiento.
RESUMEN ACI 440.2R
Lmite en la deformacin del concreto.
confinarsin,compresin0030.0c
Lmite en la deformacin del acero.
mayorusarmenoressi
flexinaductilidad0050.0s
Lmite en la deformacin del FRP.
Uenvolturacortante0040.0K
completaenvolturacortante75.00040.0
flexinadesgarreK
fuvfe
fufe
fumfe
FACTORES Y RESISTENCIA DE DISEO
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ACI 440.2R, C.8,9,10 momento, cortante
un
1
feff
1
sSn MM2
c
hfA2
c
dfAMFlexin
dbc'f66.0VV
S
dcossinfAV
VVVVortanteC
fS
f
ffefvf
ffScn
CONFINAMIENTO CON FRP
ACI 440.2R, C.11 confinamiento
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254.1f
f2
f
f94.71254.2ff
ManderuacinSsmico/EcntoConfinamieE
f4f571.1
ralAxial/EspiAfAAf85.080.0P
ibosAxial/EstrAfAAf85.080.0P
co
l
co
lcocc
C
'c
'cc
cc
stystgccfn
stystgccfn
LIMITE DE ESFUERZOS EN SERVICIO
ACI 440.2R, C.9.4 y 11.1
Compresinf65.0
Compresinf60.0f
Flexinf80.0f
cc
ys,s
ys,s
Tipo de EsfuerzoTipo de Fibra
GFRP AFRP CFRP
Esfuerzo Lmite de Rotura por Fluencia Plstica, Ff,s 0.20 ffu 0.30 ffu 0.55 ffu
REFUERZOS CON PERFILES METALICOS
Ventajas
Rpidos y relativamente baratos.
La estructura puede entrar en carga casi inmediatamente de la ejecucin del
refuerzo.
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Inconvenientes
La colaboracin con la estructura inicial es poco fiable.
Puede introducir sobretensiones en otros elementos que antes estaban
correctamente diseados.
Es especialmente delicada la unin pilar viga.
El refuerzo de pilares con perfiles metlicos es muy frecuente y efectivo a
condicin de que el refuerzo pueda resistir la totalidad de la carga.
En cambio del refuerzo de vigas con perfiles metlicos es totalmente
desaconsejable, salvo con una ejecucin especialmente cuidadosa, que
difcilmente se podr conseguir.
REFUERZO DE PILARES CON PERFILES METALICOS
Consiste en adosar a sus cuatro esquinas angulares que luego se unen con
presillas.
Se ejecutan y colocan la base y el capitel.
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Se anclan los angulares y se puntean con soldadura.
Se puntean con soldadura las presillas.
Una vez presentado el conjunto, se suelda completamente, asegurndose de
que no hay huelgos.
El refuerzo debe continuarse hasta la cimentacin, cada tramo debe transmitir sus
cargas al siguiente por medio de chapas de continuidad (vigas de canto) o tochos (vigas
cruzadas).
Las cargas pueden transmitirse por compresin del hormign de los forjados
entre la base de un tramo y el capitel del tramo inferior (casi inevitable en vigas planas),
pero si se hace hay que comprobarlo cuidadosamente a compresin y/o a
punzonamiento, segn los casos.
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Conviene descargar el pilar antes de reforzarlo, si se puede.
Hay que calcular el refuerzo para que aguante l solo la totalidad de la carga.
Pilar inicial: lmite de carga N.
Nueva carga N + N.
Incremento de la carga se repetir entre el pilar base y el refuerzo en forma
no conocida: un cierto porcentaje se transmitir al pilar y el resto al refuerzo.
El pilar deber resistir pues N + N.
Comos hemos supuesto que solo puede resistir N es posible que colapse, con
lo que toda la carga deber ser soportada por el refuerzo.
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En el momento de colapsar el ncleo de hormign, el refuerzo tiene que resistir
toda la carga.
DETERMINACION DEL REFUERZO
Se calculan en general a compresin centrada.
Hay que considerar en el clculo:
Pandeo del pilar en su conjunto.
Pandeo de cada uno de los angulares.
Si se puede suele ser ventajoso que = i lo que permite calcular la separacinoptima de presillas l1.
u
*
A
Nmximo
i
PRESILLAS
1i20
ssiendo
80
AT
1
u*i
2nn2
lTM
sn
lTT 1
*i*
p1
*i*
p
hcalculaseeijadoFhe
M6u2
*p
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REFUERZO EN VIGAS
Se refuerza la parte inferior de la viga con angulares que se sujetan con presillas
de ancho 20 25 cm.
Ventajas
Es sencillo y rpido.
Inconvenientes
No siempre puede ejecutarse.
Es poco fiable por no garantizar el trabajo conjunto hormignarmadura
refuerzo, puede mejorarse uniendo los angulares al hormign con epoxi.
En general precisa grandes deformaciones para que entre en carga el refuerzo.
Sistema constructivo
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Refuerzos con bandas metlicas uniones encoladas con epoxi.
Ventajas
Son muy efectivas.
Son relativamente fciles de hacer.
Apenas aumentan las dimensiones de la pieza.
Inconvenientes
Exige formulaciones epoxi adecuadas. Si presentan relajaciones por fluencia se
convierten en totalmente intiles.
Exige una cuidadosa preparacin de la superficie.
Hay que hacer un cuidadoso clculo de adherencia entre acero y hormign.
Cuidar el caso de ciclos de carga y descarga. Hay formulaciones epoxi que no
pueden resistirlos.
Comportamiento del epoxi [1]
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Tensin de la adherencia en la resina epoxi.
lsh
xchPx
P: esfuerzo por unidad de ancho de banda.
L: longitud de la unin.
x: abscisa desde el punto de cortante nulo.
2211 tE
1
tE
1c
E1: mdulo de Young del acero.
E2: mdulo de Young del hormign.
t1: espesor del acero.
t2: espesor del hormign.
d
Gc
G: mdulo transversal del epoxi.
d: espesor de la epoxi.Vemos que disminuir la G de la resina disminuye su tensin de adherencia.
Distribucin de tensiones Tx en una viga G = ctte.
Distribucin con dos tipos de resina con un valor menor de G en las uniones
extremas.
Las tensiones Tx son menores.
[1] Estudio experimental (Bresson 1971).
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Precauciones
Limpiar las superficies a unir y en especial de humedad, polvo o grasa.
Aconsejable el chorro de arena.
Si no se puede, abujardado de grano fino y cepillado con cepillo de
alambre duro.
Limpiar la chapa inmediatamente antes de pegarla.
Tratar de conseguir superficies planas.
Tratar de conseguir espesores reducidos.
Lo ideal sera del orden de 1 mm. Muy difcil en obra.
Exigir una formulacin adecuada.
REFUERZO DE VIGAS A FLEXION
Generalmente solo es posible el refuerzo de vigas para momentos positivos, hay
que aceptar una plastificacin suficiente para momentos negativos.
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Es conveniente hacer un adecuado anclaje en sus extremos.
Es conveniente que el espesor de la chapa sea menor de 3 o 4 mm. Las chapas de
anclaje pueden llegar a 10 mm.
Si se utilizan soldaduras a tope en las chapas conviene poner tapajuntas.
Recomendaciones constructivas
La seccin de la banda de acero debe ser 1.5 veces la obtenida en el clculo.
Conviene emplear estos refuerzos en hormigones de fck 175 kg/cm2.
Capa de resina e = 1.5 mm.
Banda de acero e = 3 mm., salvo con anclaje especial.
No debe incrementarse la resistencia a flexin ni a cortante en ms del 50% del
material base.
Esta tcnica exige conocer con seguridad:
Calidad del hormign.
Tipo y colocacin de la armadura.
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Cargas que ha de soportar.
Cuidar especialmente que no se produzca rotura frgil de la armadura existente
(aceros estirados en fro).
Hay que aplicar presin a la unin. Son buenos los puntales telescpicos de acero
con tornillo de regulacin. Conviene dejarlos 7 das.
REFUERZO DE VIGAS A CORTANTE
Previamente hay que evaluar cuidadosamente la resistencia residual de la viga y
asegurarnos que los cercos no se han roto. Si hay fisuras hay que inyectarlas con resina.
Puede reforzarse con una banda continua o con bandas transversales. En la zona
comprimida puede producirse pandeo.
Disposiciones constructivas
Deben emplearse bandas de e 3 mm.
Cuidar su proteccin en ambientes corrosivos. Si es preciso aumentar su espesor.
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Si se emplean bandas discontinuas b 30 cm.
Hay que aplicar presin a la unin.
UNIONES FIJADAS CON TACOS
En algunos casos en los que no se pueda utilizarse el pegado con resinas epoxi,puede utilizarse el refuerzo de vigas por medio de chapas metlicas sujetas con tacos
especiales para hormign. Estas uniones tienen en general menos resistencia que las
encoladas pero evitan los problemas de fluencia y son de ejecucin ms rpida.
REFUERZO DE VIGAS A FLEXION
REFUERZO A CORTANTE
En este caso es conveniente utilizar unas planchas laterales continuas.
Prcticamente este tipo de refuerzo salvo en casos especiales que exijan una intervencin
inmediata.
2.5.3. HIPOTESIS
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obra en estudio, que puedan ayudar a identificar el comportamiento estructural debido a
sucesos extraordinarios y determinar de forma preliminar la lnea de degradacin o
deterioro cronolgico de la estructura.
Para la realizacin del diagnstico de una estructura se indica un esquema
metodolgico para una evaluacin preliminar.
Estado de la EstructuraInforme Preliminar del
Entorno Social
Identificacin General deDaos en la Estructura
Requiere Estudio Detallado?
Post Diagnstico PreliminarRecomendacin
DIAGNOSTICO PRELIMINAR
VISITA PRELIMINAR
Caractersticas Generales Previas
Registros Previos
Evaluacin Preliminar delEstado de los Materiales
Esquema M etodolgico, Estudio Fsico de la Edificacin
Estudio Reforzamiento
Si
Fsico de la Edificacin
Antecedentes
Estructural PreliminarEvaluacin Arquitectnica y
No
2.9.TRATAMIENTO DE LA INFORMACION
Una vez recopilada la informacin de la evaluacin preliminar y vindose
necesaria una evaluacin de la estructura ms detallada debido a que el grado de
incertidumbre de esta informacin es alto, se busca recopilar o complementar
informacin que pudo haberse considerado muy superficial.
Para la realizacin del diagnstico detallado y la presentacin de alternativas de
reforzamiento de la estructura, a continuacin se indica un esquema metodolgico:
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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
Recopilacin y Complemento
Analisis Estructural
Resistencia EfectivaDeterminacin de la
Daos en la EstructuraIdentificacin Detallada de
y EspecificacionesInforme Final con Planos
de ReforzamientoEvaluacin de alternativas
Anlisis Secuencia de
EstructuralCalificacin del Sistema
Determinacin de la
Determinacin de laResistencia Existente
Resistencia Existente
Anlisis
Si
No
Estudio Detallado Fisico
de Informacin
de la Edificacin
Falla
3. PLAN Y EJECUCION DEL PROYECTO
3.1. PLAN GENERAL DE TRABAJO
Con el fin de cumplir los objetivos de la tesis en primer lugar se formula un plan
adecuado que permita establecer lineamientos para la consecucin general del trabajo.
Al concluir el trabajo de investigacin se proceder a elaborar la respectiva
propuesta, el mismo que consistir en entregar, alternativas de diseo, anlisis de
deficiencias, propuestas de reforzamiento, y planos.
El desarrollo final de la tesis estar basado en los siguientes captulos:
1. Introduccin.
2. Aspectos Generales.3. Patologa de Edificaciones de Hormign Armado.
4. Tipos de Reforzamiento.
5. Anlisis Esttico y Dinmico.
6. Anlisis y Diseo del Reforzamiento.
7. Elaboracin del Software.
8. Resultados.
9. Conclusiones y Recomendaciones.
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10. Bibliografa.
4. RECURSOS
4.1. RECURSOS HUMANOS
Autores Responsables: Julio Csar Silva Miranda.
Jos Luis Guevara Costales.
Asesor: Ing. Javier Vallejo.
Colaboradores: Ing. Diego Barahona.
Ing. Jorge Delgado
4.2. RECURSOS FISICOS
Disponibles Por Adquirir
Computador
Programas Computacionales
SAP 2000
ETABS V 8.2.6
AUTOCAD 2004
Cdigos de Diseo
Libros tcnicoscientficos
Programas Computacionales
CEINCI 3
ANASIS
Cdigos de Diseo
ACI 318S-05
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CEC 2000 ACI 440.2R
FIB-BOLETIN 14
GUIA DISEO SIKA
4.3. RECURSOS FINANCIEROS
PRESUPUESTO
Item Descripcin Unidad Cantidad PrecioUnitario
PrecioTotal
A ACI 318S-05 U 1 10.00 10.00
B ACI 440.2R U 1 115.00 115.00
C FIB-BOLETIN 14 U 1 50.00 50.00
D GUIA DISEO SIKA U 1 15.00 15.00
ELIBRO DISEO DE CONCRETO
REFORZADO
U 1 60.00 60.00
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RESUMEN FINANCIAMIENTO
Personal Institucin Donacin
935.00 1600.00 0.00
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-41 -5. CRONOGRAMA DE TRABAJO
CRONOGRAMA DE TRABAJO
Actividades
Meses
Semana Semana Semana Semana Semana Semana1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Elaboracin del Perfil del Proyecto
Correccin del Perfil del Proyecto
Elaboracin Marco Terico
Recopilacin de la Informacin
Ejecucin de Ensayos de Laboratorio
Anlisis de Resultados de Ensayos de Laboratorio
Procesamiento de Datos
Anlisis de Resultados
Formulacin Propuesta de Reforzamiento
Redaccin y Trascripcin del Informe Final
Presentacin del Informe Final
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6. BIBLIOGRAFIA
6.1. BIBLIOGRAFIA GENERAL
1. NAWY, Edward. Concreto Reforzado un Enfoque Bsico.
Prentice Hall. Mxico 1988.
2. McCORMAC, Jack. Diseo de Concreto Reforzado.
Alfaomega. Mxico 2005.
3. PARK PAULAY. Estructuras de Concreto Reforzado.
Limusa Noriega Editores. Mxico 1995.
4. NILSON, Arthur. Diseo de Estructuras de Concreto.McGraw-Hill. Colombia 1999.
6.2. BIBLIOGRAFIA RELACIONADA
1. PEREZ, Juan. Patologa de Estructuras.
2. PEREZ, Juan. Patologa de Estructuras de Hormign
Armado.3. PEREZ, Juan. Reparacin de Estructuras de Hormign
Armado.
4. CANOVAS, Manuel. Patologa y Teraputica del
Hormign Armado.
5. SIKA. Reforzamiento con fibras de Carbono para
estructuras de Concreto y Madera.
6. CHAVEZ, Juan, ALVAREZ Odalys. Patologa Diagnsticoy Rehabilitacin de Edificaciones.
7. FLORES, Luis, Reforzando Edificaciones con Fibras de
Carbono.
8. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 318S-05.
9. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. ACI 440.2R.
10. FIBBULLETIN 14. Federation Internationale du Beton.
Gua Europea Internacional 2001.
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