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INDICE
RESUMEN EJECUTIVO 4INTRODUCCIÓN 5OBJETIVOS 6 Objetivo General 6 Objetivos Específicos 6METODOLOGÍA 7ANÁLISIS DE LOS ESFUERZOS QUE AFECTAN A LAS ESTRUCTURAS EN UN SISMO 8FALLAS PRINCIPALES ACUSADAS POR UN SISMO 12 Causas de fallas más comunes 13 Errores en el diseño estructural 13 Fallas constructivas 13 Fallas en juntas de hormigonado 14 Fallas por mala disposición de enfierraduras, anclajes, empalmes, curvas y otros 14 Falta de enfierradura, parcial o total 14 Hormigones, morteros de baja resistencia y materiales de mala calidad 15 Malas técnicas de ejecución 15 Elementos estructurales de distintas dimensiones a las de diseño 15 Fallas por falta de coordinación entre diseño y ejecución 16 Fallas causadas por inadecuada manutención 16MECANISMOS DE DAÑOS, SINTOMATOLOGÍA Y METODOS DE REPARACION 19 Vigas 19 Rotura de hormigón por compresión 19 Diagnostico 19 Alternativas de corrección 20 Fisuras de flexión en la parte superior (marquesinas, balcones) 20 Diagnóstico 21 Alternativas corrección 21 Columnas 21 Fisuras o roturas en la cabeza de columnas cortas 21 Diagnóstico 22 Alternativas de corrección 22 Fisuración de columnas por torsión 23 Diagnostico. 23 Alternativas de corrección. 24MÉTODOS DE REPARACIÓN 25 Epóxicos. 25 Pavimentos: 25 Estructuras: 27 Hormigón PRE-PACK. 28 Grapado de muros de albañilería. 30 Refuerzos con placas de acero unidas con epoxi. 32 Refuerzo con recrecidos de hormigón. 33 Refuerzo en base a perfiles laminados. 35ANEXOS FOTOGRÁFICOS 38BIBLIOGRAFÍA 42
RESUMEN EJECUTIVO
Con el paso de los años, el hombre ha desarrollado competencias y disciplinas que le han permitido lograr estructuras que, hace veinte o treinta años atrás, simplemente habrían sido una utopía.
Para ello ha desarrollado técnicas y conocimientos cada vez más acuciosos respecto al diseño estructural, construcción, mantenimiento, reforzamiento y reparación de estructura, sea esta de hormigón armado, albañilería, madera o estructura metálica.
Lamentablemente, es difícil garantizar que, a lo largo de la vida útil de la estructura, esta se encuentre trabajando sin ningún tipo de problemas. Probablemente en varias ocasiones se verá enfrentada a algún tipo de complicación, ya sea porque se cometió algún error en las etapas de diseño o construcción, porque se vio sometida a algún tipo de eventualidad que la atacó con mayor intensidad de la que se había pensado o bien, simplemente, porque ha envejecido y, al igual que en los seres humanos, ha sufrido el efecto degradador del tiempo, el cual, según sea el estado de conservación de la estructura (o persona) le afectará con mayor o menor intensidad.
Ahora bien, así como existen un sinfín de enfermedades, cada día el ser humano hace un esfuerzo por encontrar la cura a las mismas y el caso de las estructuras no es la excepción.
A continuación se presentarán algunas de las patologías más frecuentes que pueden sufrir las estructuras, tanto de albañilería como de hormigón armado, enfatizando en aquellas que se producen por efecto sísmico. Se propone una metodología para enfrentar estos problemas, además se presentan algunos modos de falla de los distintos elementos soportantes de una estructura para finalmente presentar las soluciones pertinentes de abordar, en los casos que sea factible devolver a la estructura su capacidad mecánica, ya sea a través de reforzamiento o reparación.
INTRODUCCIÓN
Chile es un país con una alta sismicidad y como tal debe estar permanentemente atento a esta realidad. Veintidós años han transcurrido desde el último evento sísmico de importancia en la zona central, y es posible que muchas personas hayan olvidado o simplemente no conozcan los devastadores efectos de un terremoto. Por esta razón, Chile debe tener cultura sísmica, debe estar preparado para reaccionar adecuadamente frente a emergencias de este tipo, sus construcciones deben ser especiales y, sus normas de diseño para estructuras deben ser más estrictas que en otras partes del mundo.
Esta característica debe ser vista como un gran desafío para la Ingeniería Estructural y una oportunidad para que sus investigadores y profesionales muestren una participación activa de investigación y desarrollo en este sentido y, presenten al resto del mundo, su habilidad para enfrentar eficiente y eficazmente este problema, convirtiéndose en una contribución significativa al desarrollo mundial de la disciplina.Existen numerosos avances a este respecto, entre ellos destacan la reducción de vibraciones con sistemas de aislamiento sísmico y disipación de energía. Esto busca independizar a la estructura del suelo de fundación mediante dispositivos especiales de modo que el movimiento del suelo ocasionado por las ondas sísmicas no sea transmitido a la estructura.
Por su parte, los dispositivos para disipación de energía buscan amortiguar los daños que produce un sismo, evitando que ocurra un daño significativo en el sistema estructural principal.Pese a estos avances, no se puede concluir que Chile le ha ganado la batalla a los sismos, aún sus estructuras no son asísmicas.
Este trabajo pretende presentar, cuales son los principales daños que se ocasionan en las estructuras producto de los sismos, las técnicas de reparación más avanzadas que se aplican en el país y los criterios de decisión para establecer si una estructura dañada, especialmente por sismos, puede o debe ser reparada, reforzada o simplemente reemplazada. Todo esto, dentro del alcance que tiene un trabajo de investigación con las características de este.
OBJETIVOS
Objetivo General
Establecer las herramientas necesarias para el correcto diagnóstico de los defectos que puede presentar una estructura, en particular si son de origen sísmico, estableciendo las causas que dieron origen al defecto o daño y la metodología a seguir para devolver la capacidad estructural, funcionalidad o seguridad que la estructura en su conjunto, y/o alguno de sus elementos, ha perdido.
Objetivos Específicos
Establecer, analizar y comprender las tipologías de esfuerzos que se movilizan en las estructuras sometidas a sismos, así como cada uno de sus elementos.
Identificar los mecanismos de daños más comunes o esperables para los distintos elementos de una estructura, así como para la estructura en general, dependiendo del material utilizado para su composición.
Determinar los síntomas que presentan las estructuras cuando han sufrido algún tipo de daño estructural.
Establecer una metodología de evaluación de estructuras que han sufrido daño estructural
Determinar los criterios de decisión más utilizados, respecto a las acciones de reparar o demoler
Comprender los distintos métodos de reparación estructural, sus condiciones técnicas y alcance.
METODOLOGÍA
El presente trabajo intenta dar a conocer en forma explicativa las posibles reparaciones a realizar a estructuras dañadas por sismos, sean estas de hormigón armado, metal, madera, albañilería, y otros materiales menos importantes.
Para alcanzar nuestro objetivo, en primer lugar, se realizará un itemizado de los mecanismos de daños generados en un evento sísmico, junto con un análisis de sus principales consecuencias para las estructuras.
Posteriormente, se estudian los distintos tipos de reparaciones a realizar en cada caso, permitiendo encontrar el mejor de ellos para devolver las características iniciales a las estructuras dañadas.
La forma de recopilar información será a través de consultas de distintos medios, tales como:
• textos, tesis y revistas relacionados con el tema sísmico, daños y reparaciones, en los cuales se espera encontrar la base para el desarrollo del trabajo.
• entrevistas con profesionales dedicados al tema, los cuales serán consultados a través de una serie de preguntas, de tal manera de llevar lo encontrado en los textos a la experiencia sísmica chilena. Junto a ello averiguar de modernos métodos utilizados actualmente.
• consulta de material audiovisual existente, a fin de ejemplificar con fotografías y esquemas los daños y métodos de reparación utilizados.
• visitas a páginas Web de investigación, de tal modo de encontrar material actualizado que profundice el tema, así también como fotografías y últimos sismos ocurridos durante el período.
• salidas a terreno, en las cuales se puedan captar construcciones aun dañadas y analizar en base a lo investigado dar el posible criterio de reparación.
ANÁLISIS DE LOS ESFUERZOS QUE AFECTAN A LAS ESTRUCTURAS EN UN SISMO
Un sismo es un movimiento del suelo producido en la corteza terrestre como consecuencia de la liberación repentina de energía en el interior de la Tierra. Esta energía se transmite a la superficie en forma de ondas sísmicas que se propagan en todas las direcciones.
Las vibraciones pueden oscilar desde las que apenas son apreciables hasta las que alcanzan carácter catastrófico. En el proceso se generan 4 tipos de ondas de choque. Dos se clasifican como ondas internas —viajan por el interior de la Tierra— y las otras dos son ondas superficiales. Las ondas se diferencian además por las formas de movimiento que imprimen a la roca. Las ondas internas se subdividen en primarias y secundarias: las ondas primarias o de compresión (ondas P) que hacen oscilar a las partículas desde atrás hacia adelante en la misma dirección en la que se propagan, mientras que las ondas secundarias o de cizalle (ondas S) producen vibraciones perpendiculares a su propagación. Su efecto combinado genera un movimiento oscilante del suelo similar al oleaje.
Para el caso chileno, la causante última de los terremotos son las tensiones creadas por la subducción de la placa de Nazca bajo la placa Sudamericana.
Los terremotos producen distintas consecuencias que afectan a los habitantes de las regiones sísmicas activas. Pueden causar muchas pérdidas de vidas al demoler estructuras como edificios, puentes y presas. También provocan deslizamientos de tierras.
Para los efectos de este trabajo se estudia el efecto de las fuerzas sísmicas a nivel de esfuerzos en las estructuras.
Este mencionado movimiento ondulatorio genera un desplazamiento de la base de la estructura respecto a su eje vertical, y dada la masa del elemento se manifiesta en sentido opuesto al desplazamiento la inercia proporcional a la masa que intenta desplazarse (fig. 1).
Como consecuencia de lo anterior se genera un esfuerzo de corte a nivel de la base de la estructura, pero para estimar adecuadamente el impacto de este esfuerzo se acepta como base en todos los métodos de cálculo estructural a nivel nacional e internacional, que su efecto se traduce en una distribución de fuerzas proporcionalmente decrecientes desde el punto más crítico, vale decir el diafragma más elevado respecto a la base, hasta un valor igual a cero en nivel basal (fig. 2).
Esta distribución afecta a cada planta que conforma el edificio. Y dada la naturaleza del movimiento sísmico, se presenta aleatoriamente en un sentido y otro, adquiriendo carácter positivo y negativo en la cuantificación del esfuerzo.
[pic]Fig 1.
Fig 2.
De este modo el accionar dinámico de la solicitación sísmica se pondera como una componente estática.
La Norma NCh 433, “Diseño sísmico en edificios” establece dos sistemas de cálculo; el análisis estático y el modal espectral. En el primero de ellos consideran variables para el cálculo del esfuerzo de corte basal, de la fuerza horizontal a nivel superior (y por consiguiente a nivel k) y de la torsión accidental en función del tipo de suelo, la zona geográfica en que se emplaza la obra y el tipo de edificio que constituye respecto a su uso.
El análisis modal espectral considera los modos de vibración de las masas que conforman los diafragmas, de manera aislada y superponiéndolos, para los distintos desplazamientos de dichos diafragmas y la torsión accidental que se puede generar.
La acción sísmica se considera como una carga eventual de diseño, por tanto no se combina con otras cargas de este tipo, si se hace respecto de las acciones directas (cargas permanentes y sobrecargas de uso) ya que la masa incide en las hipótesis de cálculo
El análisis de los esfuerzos internos producto del sismo se basa en el comportamiento lineal elástico de las estructuras, sin embargo, el dimensionamiento es relativo a cada material y su normativa correspondiente, ya sea por el método de las tensiones admisibles o el de los factores de carga y resistencia.
Esta norma no aplica en obras del tipo civil como puentes, presas, túneles acueductos, muelles o canales, tampoco aplica en edificios e instalaciones industriales (estas obras tienen sus normas respectivas).
La misma norma hace referencia a los sistemas estructurales (muros, pórticos o mixtos), como a su vez, establece consideraciones especiales para el diseño de elementos de fundación y otros.
Lo fundamental es establecer el principio común de análisis de esfuerzos internos, para la tipología que sea, incluyendo las que no competen a la norma aludida. Este es el desplazamiento horizontal en ambas direcciones y la rotación respecto de la vertical, vale decir tres grados de libertad, esto significa esfuerzo de corte basal y torsión.
[pic]
Las fuerzas inerciales que se distribuyen entre los planos afectan la estructura tanto como sistema unitario como elementos individuales, de este modo se pueden manifestar esfuerzos de tipo torsor en los diafragmas de piso, a la vez que cada elemento constituyente de la estructura (ya sean vigas, losas, pilares, muros, etc.) se ve afectados por la componente horizontal que se genera.
FALLAS PRINCIPALES ACUSADAS POR UN SISMO
Es frecuente que se presenten en la práctica, diferencias entre el comportamiento y la seguridad esperadas y las reales de las estructuras. Estas diferencias ocasionan las denominadas “fallas”, las cuales están claramente latentes antes de un sismo muchas veces son puestas en evidencia al ocurrir este. Los motivos de estas fallas son de diverso orden, en forma general es posible clasificarlas de la siguiente:
• Fallas de diseño: son las discordancias entre las hipótesis del diseño estructural y las condiciones reales, o diseño insuficiente para los requerimientos estructurales de trabajo.
• Fallas de construcción: que dan por resultado resistencias medias de los materiales inferiores a las que objetivamente deberían haber tenido, se derivan de errores o equivocaciones en los procesos de construcción, inspección y control, en el uso de materiales, etc.
• Fallas por mal uso y mantención de la obra: la determinación o diagnóstico de las causas que ocasionaron la debilidad estructural de una construcción es extremadamente complejo y difícil. No es posible evaluar la necesidad de reparar, o seleccionar un procedimiento de restauración con razonable seguridad de obtener resultados satisfactorios, a menos que sean conocidas las causas. Esto no Significa que la causa específica (sí la hay) tenga que ser identificada, ya que generalmente no hay favor suficientes para fijas el problema o porque hay muchos factores simultáneamente involucrados. En estos casos se debe ir eliminando causas, hasta que sólo queden las más probables. En elementos aislados es probable que se presente una sola causa de falla y por lo tanto, sea más fácil de identificar.
Causas de fallas más comunes
Con la intención de reconocer e identificar las causas de falla más comunes, independientemente de los esfuerzos que las provocaron, se detallan a continuación algunos de los errores mas frecuentemente acusados por los sismos.
Errores en el diseño estructural
• Deficiencias de estructuración, cambios bruscos de sección, irregularidades de forma, falta de elementos en alguna dirección, etc. Acarreando solicitaciones y/o deformaciones excesivas en algunos elementos estructurales.
• Diseño inadecuado de fundaciones, que pueden deberse a la falta de información suficiente sobre las condiciones del suelo.
• Subestimación de las solicitaciones estáticas.
• Comportamiento de la estructura durante el sismo distinto al esperado, motivado a veces por la acción de elementos no estructurales, no considerada en el diseño.
• Excesiva deformabilidad de la estructura, causando grandes daños en elementos estructurales.
• Errores básicos en la transmisión del diseño, en los planos, dibujos y especificaciones.
Reconocimiento: solamente a través de una revisión del diseño original (re cálculo); rara vez causas de este tipo se presentan solas, por lo que su reconocimiento a simple vista en general no es posible.
Fallas constructivas
Son las más corrientes, y los sismos las acusan con facilidad al solicitar elementos estructurales débiles. Muchos errores constructivos se detectan a veces antes de un sismo, incluso durante la misma construcción, pero frecuentemente se los ignora, oculta, tapa o recubre. Las fallas constructivas más observadas se presentaran a continuación.
Fallas en juntas de hormigonado
Se producen en las uniones de hormigón colocados en diversas etapas o edades, sin las adecuadas técnicas de ejecución. Se tiene una falta de adherencia entre los concretos y fallan a los esfuerzos de tracción o cizalle.
Reconocimiento: generalmente se produce con un sismo una grieta "clara" en el sentido de la junta, corrientemente horizontal. Algunas veces es posible observar en la junta materias extrañas, segregación, lechadas u hormigones distintos. La grieta siempre atraviesa todo el elemento, es de pequeño espesor y presenta fragmentación en los bordes en algunas ocasiones. En algunos casos es difícil distinguirlas de las fallas al esfuerzo de corte por insuficiencia de enfierraduras.
Fallas por mala disposición de enfierraduras, anclajes, empalmes, curvas y otros
Probablemente es la causa de la mayoría de las fallas en estructuras, según las observaciones hechas con posterioridad a los últimos sismos. Generalmente se presentan en las uniones de distintos elementos como viga - pilar, viga -viga, etc., por el no cumplimiento de las normas, ordenanzas yespecificaciones respectivas.
Reconocimiento: la gravedad de los damos depende del monto de la falta y de la magnitud del sismo, produciéndose agrietaduras excesivas, separación de los elementos de hormigón armado, colapso parcial o total, desprendimiento de los recubrimientos, etc. El reconocimiento más efectivo es por medio de auscultación no destructiva de las enfierraduras.
Falta de enfierradura, parcial o total
Se produce cuando la cuantía de los refuerzos en un elemento estructural es inferior a la indicada en los planos de estructura, menores diámetros o aceros de menores diámetros o aceros de menor resistencia que la especificada. Puede suceder que la falta de fierro se deba a una mala disposición de las enfierraduras o a una alteración de ella en las faenas de hormigonado.
Reconocimiento: por auscultación no destructiva de la enfierradura.
Hormigones, morteros de baja resistencia y materiales de mala calidad
Está causa tiene orígenes diversos, dando por resultado materiales de cualidades resistentes inferiores a las esperadas en el diseño. En los hormigones y morteros los motivos de su baja calidad pueden ser áridos inadecuados, mala dosificación, materias extrañas, falta de cemento, exceso de agua, etc. En otros materiales no fabricados en obra como ladrillos, bloques de cemento, etc., las causas de deficiencia pueden ser muy diversas.
Reconocimiento: por auscultaciones destructivas y pruebas de los materiales del laboratorio.
Malas técnicas de ejecución
Como lo son las faenas de hormigonado y de moldajes mal dispuestas, que producen los efectos de segregación, nidos de piedra, modos de vibración, pérdidas de lechada, etc., dando por resultado un material heterogéneo y no
monolítico. Incidentes durante el hormigonado, tales como movimiento de los moldajes, variación de la disposición de las enfierraduras, vibraciones, colocación del hormigón ya fraguado, asentamientos locales de las fundaciones durante el hormigonado, etc. También mal curado de hormigones, obteniéndose resistencias bajas y fisuración.
Reconocimiento: Todos los defectos constructivos de este tipo se pueden evidenciar antes de un sismo. Tanto el hormigón como las albañilerías mal confeccionadas se pueden apreciar por ensayos no destructivos, y a simple vista presentando un mal aspecto, figuraciones y deformaciones indebidas. Por esto, la acción conjunta de un profesional experimentado con la extracción de testigos para ensayos de laboratorio, indicara las causas y magnitudes de estas fallas.
Elementos estructurales de distintas dimensiones a las de diseño
Son corrientes los cambios de las dimensiones de algunos elementos estructurales durante la ejecución de una obra, pero cuando revisten verdadera importancia es cuando son efectuados sin consulta a los proyectistas, o son producto de vicios constructivos tales como errores en los moldajes, niveles y trazados defectuosos, alteraciones por razones arquitectónicas o de “economía”, falta de inspección, etc.
Reconocimiento: por simple comprobación de la calidad geométrica de la estructura: dimensiones lineales, ubicación exacta de los elementos y corrección de la forma (ángulos, plomos y niveles).
Fallas por falta de coordinación entre diseño y ejecución
Se producen a la libre interpretación de los encargados de la construcción de una obra, ciertos detalles estructurales, constructivos o arquitectónicos, por falta de especificaciones técnicas completas. En todo caso, son fallas causadas por la dificultad práctica de entregar por parte de los proyectistas, todas las disposiciones y especificaciones de una obra. Las causas de las fallas mas frecuentes son:
• Mala ubicación de los elementos de instalaciones en la estructura: Es causa frecuente de la falla de elementos de hormigón armado, la errada ubicación o mala disposición de las instalaciones y pasadas de los servicios de alcantarillado, agua, luz, ventilación y otros. Estos se colocan a veces en elementos o sectores muy solicitados, sumándose a la natural debilidad estructural que producen, frecuentes vicios constructivos tales como picados posteriores a la construcción del elemento, rellenos con cualquier material, alteración de las enfierraduras, etc.
• Equivocada interpretación de las disposiciones de las armaduras: Pueden deberse a la falta de planos de detalle, con una equivocada interpretación por parte de los constructores de la forma y colocación de la enfierradura.
• Ubicación inadecuada de las juntas de hormigonado: La experiencia de los últimos sismos indica que pueden producirse serias fallas, si las juntas de hormigonado, aun las construidas con las técnicas indicadas, se ubican sin una planificación previa por parte de los proyectistas. Esto se agrava cuando son efectuadas sin las precauciones mínimas o en sectores de elementos muy solicitados.
• Ubicación inadecuada de juntas de dilatación o de separación entre edificios, o que las juntas existentes no cumplen su función.
Fallas causadas por inadecuada manutención
Son comunes los debilitamientos estructurales de responsabilidad de los usuarios, por falta de los conocimientos (y de instrucción apropiada) necesarios o por despreocupación. Corrientemente se dan los siguientes casos:
• Uso de las construcciones para fines distintos a los que se diseñaron: En estas situaciones pueden generarse algunas condiciones de trabajo muy desfavorables para una estructura al variarse las sobrecargas, a veces muy distintas a las de diseño.
• Construcciones no diseñadas: Es generalizada, en todo tipo de construcciones, la adición o supresión de algunos elementos o estructuras completas, que conducen a una alteración de las hipótesis y condiciones del diseño original. Son corrientes las ampliaciones (sobre todo en viviendas económicas) sin el correspondiente diseño, demoliciones parciales o totales de elementos estructurales, abertura de nuevos vanos, construcción de tabiques interiores, rellenos, etc.
• Deficiente manutención: Cualquier estructura de hormigón sometida a la acción de agentes agresivos, sin la adecuada protección, va perdiendo con el tiempo su capacidad resistente; construcciones de cierta antigüedad quedan a veces, en precarias condiciones. Pueden darse alguna de las siguientes causas: corrosión de las armaduras, ataque de agentes químicos, erosión, alternativas de hielo – deshielo o humedad – sequedad, diferencias de temperatura, etc.
El siguiente esquema presenta un diagrama de las relaciones causa efecto que ocasionan finalmente una estructura dañada.
[pic]
MECANISMOS DE DAÑOS, SINTOMATOLOGÍA Y METODOS DE REPARACION
Vigas
Rotura de hormigón por compresión
Al producirse un evento sísmico en una viga biempotrada, podrán aparecer fisuras en la cabeza comprimida (aumento de momento flector) en señal de aviso de posible colapso y posteriormente el rompimiento de la misma. Las grietas se producen paralelas al eje de la pieza en flexión.
[pic]Viga dañada por compresión excesiva.
Diagnostico
Esta falla se produce porque el esfuerzo impuesto por el sismo no ha sido considerado de manera adecuada en los cálculos. Producto de esto las causas más probables de la fisuración por compresión son: hormigón de resistencia inadecuada y/o sobrecargas no previstas.
Alternativas de corrección
Las alternativas propuestas para restaurar la rigidez y características iniciales de la viga son las siguientes:
• Colocación de nuevo acero de refuerzo longitudinal más estribos, y volver a hormigonar. • Reforzar la viga con placas metálicas unidas con resina epóxica.Demoler y reconstruir.
Fisuras de flexión en la parte superior (marquesinas, balcones)
En elementos en voladizo, la manifestación típica se produce en los apoyos a través de fisuras en donde el momento es máximo (ver figura nº 4). Este aumento en el momento flector es consecuencia del movimiento pendular que se produce en la viga a causa de la aceleración vertical impuesta por el evento sísmico.
[pic]Fig. nº 4
Diagnóstico
El diagnostico más probable para este fenómeno es: anclaje insuficiente, acero de refuerzo mal posicionado, sobrecargas no previstas, acero de refuerzo insuficiente.
Alternativas corrección
Dado los síntomas y el diagnostico de la patología, es posible señalar las siguientes alternativas de corrección:
• Recuperar monolitismo a través de resina epóxica. • Colocar acero de refuerzo y estribos y posteriormente hormigonar. • Colocar placas metálicas con resina epóxica.
Columnas
Fisuras o roturas en la cabeza de columnas cortas
El síntoma mas probable en este tipo de estructuras (ver figura nº 6) es la rotura o fisura de las columnas cortas, esto es debido a que el muro de albañilería de relleno rigidiza la sección inferior de los pilares, lo que impide su movimiento libre y provocando un deslizamiento de la sección superior no impedida. .
[pic]Fig. nº 6
Diagnóstico
En este caso, los muros no consiguen absorver los movimientos producidos por el sismo.
Alternativas de corrección
Después de analizar adecuadamente el problema, puede ser conveniente realizar lo siguiente:
• Restaurar monolitismo a través de inyección de resina epóxica. • Reforzar la cabeza de las columnas con placas metálicas adheridas con resina epóxica. • Demoler y reconstruir la cabeza de las columnas. • Crear juntas entre muros y columnas o sustituir los muros por similares de menos rigidez.
Fisuración de columnas por torsión
En la planta de un edificio común pueden existir muros y columnas con diferente rigidez o una distribución asimétrica de estos, que al ser sometidas a una aceleración sísmica horizontal provoquen un giro del edificio sobre su eje central. Este giro someterá a los elementos verticales más cercanos al centro a un esfuerzo de torsión. Se observaran fisuras “helicoidales” que rodean a la columna en toda su altura.
[pic]Columna dañada por torsión (giro de la planta).
Diagnostico.
Esta falla puede producirse por una mala colocación o insuficiencia de estribos y consideración inadecuada de los esfuerzo s de torsión producidos por un evento sísmico.
Alternativas de corrección.
• Restaurar la rigidez y monolitismo con resinas epóxicas. • Colocar nuevas barras de refuerzo y hormigonar la columna. • Reforzar en base a perfiles metálicos • Reforzar recrecido de hormigón.
MÉTODOS DE REPARACIÓN
Epóxicos.
Pavimentos:
En pavimentos, las grietas revistan solo dos preocupaciones de importancia. La primera, grietas de tamaño reducido que solo afectan la permeabilidad. La segunda, grietas más amplias, sobre 5 mm. Que disminuyen las características mecánicas del hormigón (Fernández).
Para el primer tipo, solo basta con sellar la grieta utilizando una formulación epóxica de resina y endurecedor, es decir una masilla sellante.
El método de trabajo para el sellado de juntas se resume en tres pasos:
a) tallar ambos costados de la fisura para asegurar que la formulación epóxicas tendrá una buena superficie de contacto, y además que la aplicación de esta generara una superficie plana sin protuberancias. (ver figuras nº 7 y 8). Este trabajo se puede realizar con un martillo neumático, con coronas diamantadas o bien a mano con cincel.
[pic] [pic] [pic]Fig. nº 7 Fig. nº 8
b) Limpiar la fisura de los restos o detritus del tallado, mediante aire a presión o brochas (ver figuras nº 9 y 10).
[pic] [pic] [pic]Fig. nº 9 Fig. nº 10
c) Aplicar la formulación epoxi según los requerimientos de flexibilidad del pavimento en cuestión (ver figura nº 11).
[pic]Fig. nº 11
Si la grieta es de mayor espesor, segundo tipo, comienza a ser más eficiente y durable, rellenar la grieta con mortero epóxico con áridos de arena de tamaño máximo 1 mm. En este caso conviene además “imprimar” las paredes de las grietas con una película epóxica con el fin de mejorar la adherencia entre el mortero y el hormigón.
Estructuras:
Los tratamientos de fisuras en paramentos verticales, realizados con materiales epóxicos, se clasifican según el ancho de estas y en la manera de sellarlas, según lo siguiente:
- Grietas finas y hormigón sano: se sella la fisura utilizando materiales termoplásticos o cinta adhesiva. - Grietas de ancho mayor en hormigón con deterioro: la junta se sella con una masilla epóxica. - Hormigón con deterioro avanzado: en este caso se realiza un tratamiento similar al de fisuras delgadas en pavimentos. Se realiza un tallado de las paredes de la fisura, limpieza y sellado con una formulación epoxi cargada con un agente tixotrópico.
Independiente del método seleccionado, se deben dejar insertas previamente en la fisura boquillas para realizar la inyección del material epóxico. Estas boquillas pueden ir separadas unos 50 cm. O también pueden estar separadas en función de la profundidad de la fisura, oscilando entre 1 y 1,5 veces esta medida.
Una vez que se haya secado el material del sello de la fisura y que las boquillas estén bien afianzadas en esta, se procede a inyectar una formulación epóxica de baja viscosidad mediante bombas. La presión con la que se inyecte deberá ser estudiada para cada caso de acuerdo al ancho de la fisura y la viscosidad de la formulación.
Si la grieta es producida por un esfuerzo de compresión excesivo esta tendera a ser completamente vertical. En esta circunstancia es conveniente comenzar la inyección desde la boquilla mas baja, inyectando hasta que la formulación alcance la boquilla siguiente (rebosadero), y así sucesivamente. De hacerlo en forma contraria la gravedad tendería a hacer la formulación escurriera rápidamente hacia abajo sin llenar completamente la fisura.
Una vez seca la inyección, se puede retirar el sellado de tal manera de ocultar la existencia de la falla.
Recomendaciones generales para los tratamientos con inyecciones epóxicas dicen relación con:
- El estado de la fisura antes de la aplicación del material y específicamente, respecto de la humedad, debido a que el hormigón y el epoxi pierden adherencia en condiciones húmedas. Por esto es recomendable aplicar aire caliente a presión por las mismas boquillas de inyección.
- Llevar un control sobre la cantidad de inyección efectiva que se usa en la fisura y la cantidad que fue proyectada, ya que es frecuente que existan nidos de piedra conectados con la fisura que elevan el consumo y reducen la eficacia del tratamiento.
Además otra de tipo estructural.
- Determinar la función de la estructura, ya que si está sometida a cambios de temperatura las fisuras sufrirán cambios de espesor y por ende la unión del material epóxico se vera afectada.
Hormigón PRE-PACK.
Es aplicable cuando el hormigón resulta completamente destruido o el grado de fisuración hace inviable una inyección con epóxicos.
Este método consta de los siguientes pasos:
a) Demoler por completo el hormigón dañado dejando intactas las armaduras, que serán chequeadas para comprobar sus aptitudes mecánicas (ver figuras nº 12 y 13).
[pic] [pic] [pic]Fig. nº 12. Fig. nº 13.
b) Introducir en el volumen disponible, una matriz de áridos contenidos dentro de un moldaje de las dimensiones de la pieza, el cual debe sellar en forma hermética con esta.
c) Realizar una perforación por la que se pueda introducir una manguera de inyección de mortero desde la zona inferior de la pieza (ver figura nº 14).
d) Disponer una tubería de rebosadero (en la parte más alta del moldaje), la cual tiene por objetivo comprobar que el mortero ha rellenado por completo la matriz una vez que este comience a salir de dicha tubería (ver figura nº 15).
[pic] [pic] [pic]Fig. nº 14. Fig. nº 15.
e) Descimbrar la pieza, en la que solo debieran distinguir las uniones de los hormigones de distintas edades, sin que hubieran variaciones geométricas de consideración (ver figura nº 16).
[pic]Fig. nº 16.
Grapado de muros de albañilería.
En el sistema constructivo de albañilería, el tipo de falla más recurrente es una fisura diagonal que sigue las superficies de unión de las unidades de ladrillo y mortero de pega. Esta fisura se genera por la compresión que sufre el paño de albañilería en un sentido y por el esfuerzo de tracción que se produce por Poisson ortogonal a este, que es el causante real de la fisura.
La grietas tiene una orientación diagonal que coincide con las yagas y tendeles de la albañilería (ver figura nº 17).
[pic]Fig. nº 17.
El proceso de reparación se compone de las siguientes etapas:
a) Picar la grieta en una franja de entre 5 y 10 cm. Y perpendicular a esta franja picar unas mas pequeñas donde se ubicaran las armaduras de costura de la fisura (ver figura 18).
b) Disponer las armaduras dentro de las franjas. Primero colocar la armadura longitudinal de la fisura con una resina epóxica en el fondo de la franja picada, luego disponer las armaduras de costura sobre esta, fijadas con el mismo sistema (ver figura nº19).
[pic] [pic] [pic]Fig. nº 18. Fig. nº 19.
c) Sellar o rellenar con mortero de cemento las franjas con las armaduras en su interior, para devolver parte del monolitismo original que presenta la estructura (ver figura nº 20).
[pic]Fig. nº 20
Refuerzos con placas de acero unidas con epoxi.
Este método se utiliza para reforzar piezas de hormigón armado que hayan sufrido una disminución de su capacidad resistente. Su importancia radica en que no se requiere demoler el hormigón dañado, sino que se trabaja por el exterior de la pieza.
Este método de reparación tiene los siguientes pasos:
a) Picar la superficie que pueda estar dañada de manera considerable o presente niveles de carbonatación que hagan necesario su reemplazo.
[pic] [pic] [pic]
b) Insertar pernos de fijación en la estructura y fijarlos a esta mediante un adhesivo epóxico.
[pic]
c) Luego de que haya endurecido el adhesivo de la etapa anterior, aplicar un puente de adherencia epóxico.
[pic]
d) Colocar las placas de acero sobre el puente adherente y presionarlo fuertemente contra el hormigón apretando las tuercas de los pernos fijados con anterioridad.
[pic]
Refuerzo con recrecidos de hormigón.
Este método de reparación o refuerzo se utiliza en elementos dañados por sismo, tanto horizontales como verticales. Consiste en crear una “camisa” exterior al elemento de tal manera de aumentar el momento resistente en vigas o la resistencia a compresión en pilares.
Este método de reparación tiene los siguientes pasos:
a) Punterear el hormigón antiguo para generar mayor superficie de contacto con el recrecido.
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b) Aplicar puente adherente en base a epoxi.
[pic][pic][pic]
c) Colocar armaduras y estribos de refuerzo adicionales.
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d) Hormigonar nuevamente el pilar.
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Refuerzo en base a perfiles laminados.
Este sistema trabaja de manera similar al recrecido de hormigón (en el caso de columnas), ya que consiste en barras verticales que traspasan los esfuerzos de compresión mas barras de sujeción lateral (presillas) que las mantienen en posición, comparable con el hormigón y estribos.
Consta de los siguientes pasos:
a) Aplicar puente adherente en los vértices del pilar, de tal manera que se corrijan las anomalías geométricas que se puedan presentar por efecto del sismo.
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b) Colocar los perfiles laminados tipo “L” sobre cada vértice del pilar.
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c) Colocar las presillas de sujeción, aplicando presión de confinamiento a los perfiles.
[pic] [pic] [pic]ANEXOS FOTOGRÁFICOS
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[pic]BIBLIOGRAFÍA
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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE CONSTRUCCIÓN CIVIL
fig. 3
Fuerza de inercia
PATOLOGÍA DE OBRAS DE CONSTRUCCIÓNCCO3803 – 1
INFORME Nº 1“AVANCE INVESTIGACIÓN REPARACIÓN DE ESTRUCTURAS DAÑADAS POR SISMOS”
Profesor
BENJAMIN NAVARRETE
Ayudante
JOSE TOMAS FERNANDEZ
Integrantes:CARLOS BANDAEDUARDO CACERESJOAQUIN CLERICUSFRANCISCO ESPINOZAROSA UMANZOR
2º Semestre 2007
EVALUACION Y REPARACION ESTRUCTURAL DE EDIFICIOS Oscar de la Torre Rangel1
A) EVALUACION ESTRUCTURAL A.1 A.1.1 RECONOCIMIENTO Y EVALUACION DEL COMPORTAMIENTO GENERAL. Reconocer hundimientos y desplomes generales, referenciando aristas de fachadas con las edificaciones vecinas, y observando grietas, ondulaciones o corrimientos en banquetas, calles y posibles movimientos relativos en las juntas con colindantes. Identificar el sitio con respecto a la zonificación del Reglamento de Construcciones.
A. 1. 2
A. 1. 3 Identificar presencia de edificaciones o de instalaciones importantes cercanas, como metro, lumbreras, drenaje profundo, subestaciones, pozos profundos, torres de transmisión, edificios altos dentro de la manzana con posibles pilotes de punta. A. 1. 4 Ubicándose en la azotea del inmueble, reconocer posibles movimientos en las juntas con colindantes, rotura de tapajuntas, golpes entre edificios, materiales atrapados entre edificaciones vecinas. A. 1. 5 Verificar el uso del área útil de cada piso, el tipo de cancelaría, así como sus movimientos fractura de vidrios, fractura de recubrimientos, corrimientos en plafones, talla de instalaciones hidráulicas y sanitarias, y funcionamiento de elevadores o montacargas. A. 1. 6 Verificar en el cubo de escaleras fisuras o fracturas de recubrimientos, muros y rampas.
A. 1.7 Verificar el interior del cubo de elevadores y muros del sótano, para reconocer fracturas, desplomes, deformaciones de guías mecánicas y fugas de agua. A.1.8 Investigar el tipo, de documentación disponible y propósito futuro de propietario en cuanto al uso del inmueble y posibilidades de adecuación al nuevo reglamento.
1
Gerente General - Proyecto Estructural. S.A. México, D. F. (1994)
PROPOSITOS Y OBJETIVOS EN ESTA ETAPA 1) Definir la categoría del inmueble (A) ó (B), así como la posibilidad de una nueva imagen arquitectónica y cambio de uso de áreas. 2) Conocer la documentación disponible. 3) Establecer y programar los estudios y trabajos siguientes: 3.a. Levantamiento geométrico estructural, plomos y niveles. 3.b. Levantamiento de fisuras y daños estructurales y de recubrimientos. 3. c. Sondeos y calas para conocer selectivamente armados y calidad de materiales. 3. d. Sondeos y calas para conocer el tipo de cimentación. 3. e. Exploración del subsuelo. 3. f. Sondeos y calas para identificar el tipo de "empaque" entre muros y estructura. 3.g. Sondeos y calas retirando recubrimientos, para detectar fisuras de losas en especial en las cercanías con elementos de rigidez (cubos de elevadores y escaleras y colindancias), para establecer si el trabajo como diafragma horizontal las hubiera provocado. Ver tabla anexa y comentarios sobre el tamaño de fisuras y grietas. (hojas 9 y 10) 4) Definir si las deformaciones generales de la estructura, durante eventos sismicos provocaron los dados visibles en recubrimientos, acabados y grietas estructurales, así como en muros de relleno o de rigidez. El propietario debe conocer las deformaciones límites que establece el reglamento, y se decidirá de común acuerdo la estrategia y posibilidades de reparación local y/o reestructuración. Si no hubiera daños visibles, y las fisuras no son debidas a movimientos sísmicos, debe plantearse la conveniencia de preparar documentación suficiente, que deje constancia de la capacidad estructural, para futuras acciones sísmicas. A.2 EVALUACION DE LA CAPACIDAD ESTRUCTURAL BAJO ACCIONES SÍSMICAS
A.2.1 Edificaciones con muros de carga Si la edificación tiene menos de 13 metros de altura cabe la posibilidad de que cumpla o pueda fácilmente adecuarse, para que cumpla con las condiciones de aplicabilidad del método simplificado de análisis, previsto en el reglamento, en cuyo caso, no es necesario verificar la seguridad contra el volteo, ni calcular deformaciones horizontales, ni tomar en cuenta efectos de torsión. Sólo tiene que verificarse que la suma de resistencias de muros en cada piso sea igual o mayor que la carga actuante sísmica factorizada en cada dirección principal.
A.2.2 Evaluación simplificada de estructuras de concreto. Para edificaciones de mediana altura se ha desarrollado en Japón un procedimiento para evaluación de la capacidad sísmica de edificios existentes de concreto reforzado, y que ha sido adaptado para su uso en México por la UAM Azcapotzalco. El resultado estimado para un edificio, no representa el nivel o rango de comportamiento sísmico, pero si un índice que representa la potencial capacidad contra una intensidad sísmica en forma cualitativa. Básicamente este procedimiento originado en Japón, se ha estado aplicando para edificios de 6 pisos o menos, con un sistema estructural a base de marcos con columnas o trabes de concreto con o sin muros de cortante. Para edificios de más de 30 años, con deterioro severo, con exposición eventual a fuego, con concretos de muy baja resistencia o con un sistema estructural híbrido o sin definición clara, el procedimiento o norma Japonesa no es aplicable. El procedimiento de evaluación desarrollado en la UAM Azcapotzalco y derivado de la norma japonesa, consiste en definir el coeficiente sísmico reducido por ductilidad correspondiente a la condición de falla, denominado coeficiente de resistencia "ki”' y expresado como sigue: Ki = en donde: (VR)i es la fuerza cortante resistente en el entrepiso i (VA)i es la fuerza cortante actuante en el mismo entrepiso i S factor correctivo Suponiendo que la falla de entrepiso, se localiza en los elementos verticales de sustentación, la fuerza cortante resistente se calcula mediante la combinación de su resistencia proporcionalmente a sus rigideces, (Iglesias, UAM 1987) Recientemente los mismos estudios en la UAM han tratado de simplificar las evaluaciones, de tal forma que para un edificio típico de mediana altura con materiales comunes en nuestro medio
(VR)i; se calcula multiplicando las áreas transversales de los elementos estructurales verticales del entrepiso, por el esfuerzo cortante resistente promedio para cada una de las piezas estructurales de que se trate. La fuerza cortante actuante (VA)i para el mismo entrepiso i estudiado, se calcula con el método estático del reglamento de construcciones, aplicando el factor de carga que le corresponda, según la categoría de la edificación. (VR ) i S (VA ) i
∑ω h( Va ) i = (F. C.)
n
j j
∑ω hj=1
j=i n
WTOT
j j
n = número de pisos wj = peso del piso j
hj = altura del piso j desde el nivel del terreno (F. C.) = Factor de carga (1.1) WTOT = peso total de la estructura El factor correctivo (S), toma en cuenta la influencia que sobre la resistencia tienen las irregularidades geométricas, problemas de cimentación, afectaciones de estructuras colindantes y el deterioro propio de la estructura. Este procedimiento ha sido empleado en un número importante de edificaciones para el D. F., Y reducido a 162 casos para fines de zonificación sísmica en el D. F., y ha sido calibrado satisfactoriamente con evaluaciones detalladas. Recientemente en la misma UAM, se han hecho estudios complementarios mediante los cuales se pueden estimar también en forma aproximada los desplazamientos y el periodo fundamental de las estructuras típicas del D. F. En el proceso de evaluación simplificada, aparece una clasificación de daños causados por sismo, que es básica también en la norma japonesa, y que puede dar una buena idea y ayudar al ingeniero estructurista para tomar su decisión final ó dictamen de una edificación, por lo que se reproduce a continuación: TIPO DE DAÑO 0 No estructural 1 Estructural ligero DESCRIPCION Daños únicamente en elementos no estructurales . Grietas de menos de 0.5 nim. de ancho en elementos de concreto. Grietas de menos de 3.0 mm de ancho en muros de mampostería. Grietas de 0.5 a 1.0 mm de ancho en elementos de concreto. Grietas de 3 mm a 10 mm de ancho en muros de mampostería. Grietas de más de 1 mm de ancho en elementos de concreto. Aberturas en muros de mampostería. Desprendimiento del recubrimiento en columnas. Aplastamiento del concreto, rotura de estribos y pandeo del refuerzo en vigas, columnas y muros de concreto. Agrietamiento de capiteles. Desplomes en columnas. Desplomes del edificio en más del 1 % de su altura. Hundimiento o emersión de m s de 20 cms.
2 Estructural fuerte
3 Estructural fuerte
Si el menor de los valores ki, corresponde sensiblemente al coeficiente sísmico reducido por ductilidad de acuerdo al reglamento, deberá identificarse en ese piso (i), el grado de daños existentes en la edificación, ya que este valor representa un índice de las condiciones de falla. Las conclusiones que el ingeniero estructurista, y el director responsable de obra puedan dar al propietario, deben apegarse al Reglamento de Construcciones, para poder tomar la decisión y responsabilidad compartida que cada uno de los casos amerita.
A.2.3 Evaluación detallada Es cada vez más fácil, con programas para computadoras PC realizar el análisis estructural de la edificación, en forma espacial, más confiable a medida que los datos recabados geométricoelásticos lo sean. Los resultados de deformaciones entre pisos consecutivos, así como los elementos mecánicos de trabes, columnas, muros y acciones sobre la cimentación, serán correlacionados con los daños observados para un coeficiente sísmico dado por el reglamento en vigor y servirán al ingeniero estructurista para proponer al propietario la acción a tomar, ya sea de reparación local, demolición o reestructuración. Personalmente estimo "razonable", atender a la respuesta de deformación, más que a la capacidad estructural de trabes, columnas y muros para decidir la mejor forma de reestructuración, pero el "arte' de cada estructurista puede variar según el caso a tratar. A continuación se presentan conceptos generales de reestructuración y detalles constructivos que he tratado de agrupar y precisar cada vez más, esperando aportaciones y comentarios de colegas. B) REFUERZO DE ESTRUCTURAS B.1 INTRODUCCION
Los conceptos, estudios y trabajos siguientes, pueden confundirse, pero tratan de conseguir una respuesta aceptable de una estructura existente ante la acción de fuerzas horizontales sísmicas. B.1.1 REHABILITACION B.1.2 REPARACION B.1.3 REFORZAMIENTO B.1.4 RIGIDIZACION (RETROFITTING) (REPAIR) (STRENGTHENING) (STIFFENING)
Estos estudios y trabajos representan un arte personal o de grupo, que rápidamente se están convirtiendo en una ciencia, debidamente apoyada por: INVESTIGACION Y ENSAYES. PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS EFICIENTES Y REALIZABLES. VERIFICACION DEL COMPORTAMIENTO POST SISMOS.
A medida que crece el apoyo técnico y variedad de soluciones, así como materiales nuevos, se pueden idear mejores y más numerosas soluciones para lograr el objetivo final que es el comportamiento o respuesta aceptable de la estructura. B.2 OBJETIVO
Lograr un mejor comportamiento o respuesta estructural, ante futuras acciones sísmicas. El concepto del comportamiento o respuesta estructural debe definirlo el estructurista de común acuerdo con el propietario y/o usuarios, para establecer o definir la solución de refuerzo o rehabilitación.
La respuesta de una estructura puede mortificarse, para cubrir diferentes requerimientos, desde la seguridad de vidas humanas, hasta el control riguroso de daños en la propia estructura y sus elementos, accesorios o contenidos. Por lo anterior, no existe la solución "optima” o “única” que logre el objetivo establecido, pero al confrontar diversas experiencias y resultados, se pueden establecer los siguientes conceptos: B.2.1 Diferentes criterios de comportamiento, llevan a diferentes conceptos de refuerzo. B.2.2 Las condiciones del sitio pueden obligar a un tipo de soluciones. B.2.3 Para estructuras de pocos pisos, pueden existir diferentes soluciones que llevan a comportamientos comparables. B.2.4 Para estructuras de alturas mayores (no edificios altos) en suelos poco comprensibles, el uso de muros de rigidez puede representar mejor solución que contraventeos diagonales, especialmente contra colapso. B.2.5 El uso de elementos de rigidez como muros de concreto o mampostería enmarcados, no es compatible con el uso de contraventeo diagonal metálico en una misma estructura, ya que el trabajo eficiente de estos últimos, opera después que un elemento de rigidez ha sufrido daño. B.3 PROCEDIMIENTOS PARA REFUERZO.
B.3.1 Sin cambiar el sistema resistente a fuerzas laterales. B.3.1.1 B.3.1.2 Reforzando las losas para que su efecto como diafragma horizontal sea más eficiente, especialmente sí sufrieron agrietamiento. Reforzando trabes, columnas y/o muros existentes, para garantizar que su sección transversal, participe con toda su área e inercia, además de que resistan los elementos mecánicos que les corresponden. Mejorando o rehaciendo la unión entre elementos estructurales existentes, para garantizar su trabajo de conjunto previsto en el diseño original o en la revisión. Recimentando para reducir la amplificación de efectos, por volteo del conjunto o por desplazamiento excesivo de la cimentación.
B.3.1.3 B.3.1.4
B.3.2 Cambiando el sistema resistente a fuerzas laterales. B.3.2.1 B.3.2.2 Introduciendo nuevos elementos a la estructura original, como muros de rigidez, contraventeos diagonales, columnas y trabes nuevas. Eliminando piezas estructurales del proyecto y construcción originales como muros. contraventeos, etc., de modo que no participen más para resistir fuerzas laterales.
B. 3.2.3 Recimentando, para modificar las condiciones de apoyo de columnas, muros ó contraventeos así como para reducir las características de volteo y/o desplazamiento del conjunto.
En cualquiera de los dos procedimientos, el trabajo simultáneo entre diferentes piezas debe ser garantizado, a menos que se pretenda aprovechar las características de ductilidad de algunos elementos, cuya participación completa y eficiente, sucede después de que otras piezas o elementos han sufrido daño parcial “aceptable”. En general creo que es valido generalizar, que además de evitar colapso y salvar vidas humanas debe procurarse que el comportamiento estructural garantice la continuidad de funcionamiento en operación del inmueble, este concepto no es fácil asociarlo al aprovechamiento de ductilidad como se dijo en el párrafo anterior. En todos los casos la “integración” o “incorporación” total y completa de nuevos elementos estructurales debe garantizarse, de tal modo que la estructura reforzada responda como si estas nuevas piezas hubieran estado presentes desde la construcción original. Los siguientes croquis, esquemas, detalles y recomendaciones han sido propuestos por el autor, y construidos en diversas edificaciones, algunos de ellos sin respaldo suficiente de pruebas o investigaciones como pudieran desearlo otros estructuristas, y siempre serán objeto de adecuación y optimación para cada proyecto de refuerzo y ojalá en el futuro cercano, este arte llegue a convertirse en ciencia que aprovechemos todos. FISURAS Y GRIETAS ANCHOS TOLERABLES EN FISURAS O GRIETAS EN CONCRETO ARMADO (A.C.I) CONDICIONES EXTERNAS (EXPOSICION) AIRE SECO O MEMBRANA PROTECTORA HUMEDAD - AIRE SECO SUELO (TIERRA) PRODUCTOS QUIMICOS PARA DESHIELO AGUA MARINA - BRIZA MARINA HUMEDECIDO - SECADO MUROS DE CISTERNA 0 RETENEDORES DE AGUA ANCHO TOLERABLE mm 0.40
0.30 0.20 0.15 0.10
NOTAS SOBRE RELLENADO DE FISURAS O GRIIETAS 1.-) El rellenar fisuras de 0.5 mm y mayores, con resina epóxica, produce mayor seguridad sobre la suposición teórica de área completa e Inercia efectiva en la sección transversal. 2.-) El proceso de rellenado debe hacerlo personal especializado, con calafateo previo, para decidir
inyección simple o a presión. 3.-) Después de efectuar un primer proceso de rellenado, es muy conveniente verificarlo, ya sea con ultrasonido o con extracción de muestras.
4.-) El proceso de rellenado de una fisura se hace de abajo hacia arriba, para evitar aire atrapado, calafateando previamente el tramo por inyectar. Se inicia el relleno inyectándolo por el taladro 1, hasta que la resina se manifieste, escurriendo por el taladro 2. Se repite el proceso para el rellenado del tramo 2 3 inyectándolo por el taladro 2, y así en tramos superiores hasta completar todo el desarrollo de la fisura.
Grieta o fisura debida a contracción volumétrica; y es muy probable que se presenten durante el proceso de fraguado del concreto, por defecto de curado. Generalmente no pasan a la losa y coinciden con la posición de los estribos.
Grieta o fisura debida a una tensión diagonal que es la combinación de una fuerza de corte (vertical) y otra de contracción volumétrica y/o fuerza horizontal de trabajo bajo carga, especialmente por descimbrado prematuro. Se presentan en las cercanías del apoyo de la trabe, y si aparecen después del proceso constructivo, por defecto de estribos y/o baja calidad del concreto, generalmente se prolongan a la losa.REFERENCIAS 1. "Repair and Strengthening, of Reinforced Concrete, Stone and Brick-Masonry Buildings”. Proc. Building Construction Under Seismic Conditions in the Balkan Region, Vol, 5, United Nations Development Progrmme, Vienna 1983. 2. Hernández B, O. "Procedimientos de Reparación de Estructuras Dañadas por Sismo” (primera etapa). Departamento del Distrito Federal. Dirección General de Construcción y Operación Hidráulica. México, D. F., Abril 1981. 3. Pinkham, C.W, y Hart, G.C. "A Metodology for Seismic Evaluation of Existing Multistory Residential Buildings”. Department of Housing and Urban Development. Office of Policy Development & Research. Junio 1977. 4. Hirosawa, M. et al. "Analysis on Damage of the Kurayoshi Higashi City Office Building During the Tottori Earthquake of 1983 ". Building Research Institute, Japón, Diciembre 1984. 5. Hirosawa. M. et al. "Analysis on Damage of the Namioka Town Hospital Building During the 1983 Nihonkai - Chubu Earthquake and Retrofit Design of the Building". Building Research Institute, Japón, Agosto 1985. 6. Loera, S. "Manual para Evaluar Daños Causados por Sismos en Edificios de Concreto Reforzado”, Departamento del Distrito Federal, México, Marzo 1982. 7. Mendoza, C.J. “Manual para Evaluar Daños causados por Sismos en Estructuras de Mampostería”. Departamento del Distrito Federal, México, Mayo 1982. 8. Petrovski, J. "Metodología y Procedimientos para la Evaluación de Daños Producidos por Terremotos". Institute of Earthquake Enginecring and Engineering Seismology, Yugoslavia, 1983. 9. Okada, T. "Standard for Evaluation of Seismic Capacity of Existing Reinforced Concrete Building”. Japan Building Disaster Prevention Association. Tokio, 1977. 10. Iglesias, J. (UAM Azcapotzalco-México) 1987. Estudio de las Intensidades del Sismo del 19 de Septiembre en México, D. F. 11. Mckenzie, G.H.F., et al. "Guidelines and Procedures for Strengthening of Bu¡ldings" Procc. 8 WCEE, Vol. 1, San Francisco, E.U.A. 1984. 12. Kahn, L. F. "Shotcrete Retrofit for Unreinforced Brick Masonry” Proc. 8 WCEE, Vol. 1, San Francisco, E.U.A. 1984. 13. Hutchison, D.L. et al. "Laboratory Testing of a Variety of Strengthening Sclutions for Brick Mansonry Wall Panels". Proc. 8 WCEE, Vol. 1, San Francisco, E.U.A., 1984. 14. Giangreco, E. et al. "Stress Analysis and Strengthening thechniques of Masonry Buildings" Proc. 8 WCEE, Vol. 1, San Francisco, E.U.A. 1984. 15. Takaki, M. y lke (la, A. "Evaluation & Strengthening ot a Existing Reinforced Concrete School Building" Procc. 8 WCEE. Vol. 1, San Francisco, E.U.A. 1984. 16. Kawahata, S. et al. "A Case Study of Seismic Strenethening of Existing Reinforeced Concrete Buildings in Shizuka Prefecture, Japan", Proc. 8 WCEE, Vol. 1, San Francisco E.U.A. 1984.
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO
EDIFICIOS INTELIGENTES
CONCEPTO, FUNCIONAMIENTO Y SISTEMAS
ANTECEDENTES
La noción de Edificio Inteligente surge a mediados de los años 80, los primeros trabajos sobre Edificios Inteligentes abordan la integración de todos los aspectos de comunicación dentro del edificio, tales como teléfono, comunicaciones por computadora, seguridad, control de todos los subsistemas del edificio (calefacción, ventilación y aire acondicionado) y todas las formas de administración de la energía pero en un principio muy primitivas.
DOMOTICA
Por Domótica entendemos la incorporación al equipamiento de nuestras viviendas y edificios de una sencilla tecnología que permita gestionar de forma energéticamente eficiente, segura y confortable para el usuario, los distintos aparatos e instalaciones domésticas tradicionales que conforman una vivienda • Incremento en el confort • Automatización del control de luces, persianas, ventanas, cortinas y enchufes. • Climatización automática. Calefacción y refrigeración. • Optimización en la gestión de consumos: energía eléctrica, gas, recursos hídricos. • Uso de energías renovables Energía solar, Energía geotérmica, Energía eólica • Automatización de tareas: riego, encendido de los servicios a ciertas horas,en función de eventos, etc. • Ubicuidad en el control tanto externo como interno, control remoto desde Internet, PC, mandos inalámbricos (p.ej. PDA con WiFi), • Facilidad de uso, (GUI, Interfaz de usuario gráfico, front-end, aplicación). • Alarmas. Vigilancia anti-incendios. Temperatura. Detección de fugas de gas o agua. • Control de accesos. Control biométrico. • Control de servicios para emular la presencia de gente durante las ausencias prolongadas. • Gestión alarmas técnicas: corte de suministros, posibilidad de visualización remota de la vivienda.
¿QUÉ ES UN EDIFICIO INTELIGENTE?
Un Edificio Inteligente es aquel que proporciona un ambiente productivo y de bajo costo mediante la optimización de 4 elementos básicos: estructura, sistemas, servicios, administración, y su interrelación entre ellos. El Edificio Inteligente ayuda a los propietarios, administradores y ocupantes a alcanzar sus metas en las áreas de costos, confort, convivencia, seguridad, flexibilidad de largo plazo y precio de reventa.
OBJETIVOS
• ARQUITECTONICOS 1. Satisfacer las necesidades de los usuarios 2. Flexibilidad estructural en sistemas y servicios 3. Funcionalidad y diseño adecuado 4. Modularidad de estructura e instalaciones 5. Confort 6. No interrupción de trabajo en modificaciones 7. Incremento de seguridad
• TECNOLÓGICOS 1. Disponibilidad de medios técnicos avanzados de comunicaciones 2. Automatización de las instalaciones 3. Integración de servicios
• AMBIENTALES 1. Edificio saludable 2. Ahorro energético 3. El cuidado del Medio Ambiente
• ECONÓMICOS 1. Reducción de costos de operación y mantenimiento 2. Incremento de vida útil 3. Cobro mas alto de venta o renta 4. Relación costo-beneficio 5. Incremento de prestigio de la compañia
GRADOS DE INTELIGENCIA
• Grado 1: Inteligencia mínima o básica: Un sistema básico de automatización del edificio, el cual no está integrado.
• Grado 2: Inteligencia media: iene un sistema de automatización del edificio totalmente integrado.• Sistemas de automatización de la actividad, sin una completa integración de las telecomunicaciones. • Grado 3: Inteligencia máxima o total: Inteligencia máxima o total. Los sistemas de automatización del edificio, la actividad y las telecomunicaciones, se encuentran totalmente integrados. El sistema de automatización del edificio se divide en: sistema básico de control, sistema de seguridad y sistema de ahorro de energía. • El sistema básico de control es el que permite monitorear el estado de las instalaciones, como son: eléctricas, hidrosanitarias, elevadores y escaleras eléctricas, y suministros de gas y electricidad.• El sistema de seguridad protege a las personas, los bienes materiales y la información. En la seguridad de las personas, destacan los sistemas de detección de humo y fuego, fugas de gas, suministro de agua, monitoreo de equipo para la extinción de fuego, red de rociadores, extracción automática de humo, señalización de salidas de emergencia y el voceo de emergencia. Para la seguridad de bienes materiales o de información, tenemos el circuito cerrado de televisión, la vigilancia perimetral, el control de accesos, el control de rondas de vigilancia, la intercomunicación de emergencia, la seguridad informática, el detector de movimientos sísmicos y el de presencia.• El sistema de ahorro de energía es el encargado de la zonificación de la climatización, el intercambio de calor entre zonas, incluyendo el exterior, el uso activo y pasivo de la energía solar, la identificación del consumo, el control automático y centralizado de la iluminación, el control de horarios para el funcionamiento de equipos, el control de ascensores y el programa emergente en puntos críticos de demanda
APLICACIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA AL EDIFICIO INTELIGENTE
• La estructura del edificio. Todo lo que se refiere a la estructura y diseño arquitectónico, incluyendo los acabados y mobiliario. Entre sus componentes están: la altura de losa a losa, la utilización de pisos elevados y plafones registrables, cancelería, ductos y registros para las instalaciones, tratamiento de fachadas, utilización de materiales a prueba de fuego, acabados, mobiliario y ductos para cableado y electricidad.
• Los sistemas del edificio. Son todas las instalaciones que integran un edificio. Entre sus componentes están: aire acondicionado, calefacción y ventilación, energía eléctrica e iluminación, controladores y cableado, elevadores y escaleras mecánicas, seguridad y control de acceso, seguridad contra incendios y humo, telecomunicaciones, instalaciones hidráulicas, sanitarias y seguridad contra inundación.
• Los servicios del edificio. son los servicios o facilidades que ofrecerá el edificio. Entre sus componentes están: comunicaciones de video, voz y datos; automatización de oficinas; salas de juntas y cómputo compartidas; área de fax y fotocopiado; correo electrónico y de voz; seguridad por medio del personal; limpieza; estacionamiento;
escritorio de información en el lobby o directorio del edificio; facilidad en el cambio de teléfonos y equipos de computación; centro de conferencias y auditorio compartidos, y videoconferencias.
• La administración del edificio. Se refiere a todo lo que tiene que ver con la operación del mismo. Entre sus variables están: mantenimiento, administración de inventarios, reportes de energía y eficiencia, análisis de tendencias, administración y mantenimiento de servicios y sistemas. La optimización de cada uno de estos elementos y la interrelación o coordinación entre sí, es lo que determinará la inteligencia del edificio.
EDIFICIOS INTELIGENTES EN MÉXICO
• Torre Mayor • Tecnoparque • Nueva sede de HSBC • WTC • Corporativo CYVSA • Edificio Movistar
[pic][pic]Pantallas de Control en un edificio inteligente
BIBLIOGRAFIA
El futuro. Predicciones sobre la arquitectura y edificios inteligentes. Revista Enlace. México: Colegio de Arquitectos de México, A.C. 3 (9): 52-57
