• Author / Uploaded
• Omar Cruzado Gonzales

Citation preview

FALLAS Y REPARACIONES DE SISTEMAS ESTRUCTURALES Introducción. La evolución del comportamiento de edificaciones durante terremotos constituye una de las fuentes más importantes en el desarrollo de la Ingeniería Sismo resistente, ya que constituye a edificar en las estructuras dañadas ciertas características que resultaron inadecuadas y que por lo tanto deben ser evitadas en el futuro, así como las características de las edificaciones que resistieron bien el terremoto y que, en consecuencia es conveniente seguir utilizando.

Fallas Producidas En Edificaciones Producidas Por Fuerzas Sísmicas. A Falla Estructural. a Falla por corte y por reflexión. Básicamente los muros sujetos a carga sísmica en su plano muestra dos tipos de fallas: FLEXIÓN Y CORTE. Debe entenderse que la falla principal es aquella donde se acumulan las mayores grietas, originando una fuerte degradación tanto de la resistencia como de la rigidez. Esto es en la falla por la flexión es posible que previamente se hayan formado pequeñas fisuras diagonales por el corte (controladas por el esfuerzo horizontal). Pero las grietas principales se encuentran ubicadas en la parte inferior del muro, y la degradación de la resistencia se produce generalmente por las siguientes efectos; al trituración de los talones flexo comprimidos, el deslizamiento a través de la base del muro, la rotura del refuerzo vertical por tracción, pandeo ocizalle. En una falla por corte es posible que primero se originen fisuras por flexión (incluso el refuerzo vertical puede entrar en fluencia)

degradando la rigidez, pero no la capacidad de carga, luego se producen las grietas diagonales y a partir de ese instante, el muro se desplaza manteniendo su capacidad de carga(la curva cortantedeslizamiento se vuelve plana); posteriormente se trituran la región central de la albañilería, produciéndose finalmente una severa degradación de resistencia. b Tipos de construcciones.Tipo A: con muros de mampostería en seco o con barro, de adobes, o de tapial. Tipo B: con muros de fábrica de ladrillo, de bloques de mortero de mampostería con mortero, de sillarejo, entramados de madera. Tipo C: con estructura metálica o de hormigón armado. B Clasificación En Los Daños En Construcciones. Clase 1- Daños ligeros: Fisuras en los revestimientos, caída de grandes trozos de revestimiento. Clase 2- Daños moderados: Fisuras en los muros, caída de grandes trozos de revestimiento, caída de tejas, caída de pretiles, grietas en las chimeneas de fábrica o de otros elementos exteriores. Clase 3- Daños graves: grietas en los muros, caída de chimeneas de fábrica o de otros exteriores. Clase 4- Destrucción: Brechas en los muros resistentes, derrumbamiento parcial, pérdida de enlace entre distintas partes de la construcción, destrucción de tabiques y muros de cerramiento. Clase 5- Colapso: ruina completa de la construcción.

REPARACIÓN DE EDIFICACIONES DE ALBAÑILERIA. Reparación y reforzamiento van siempre juntos y son requeridos por los daños ocurridos en la estructura a causa de los sismos; estos daños se manifiestan en los muros de albañilería, en la forma de rajaduras diagonales cruzadas y/o aplastamiento de ladrillos en las esquinas inferiores del muro. Las remodelaciones suelen requerir solamente reforzamiento.

Por lo dicho anteriormente, para los casos de edificaciones antiguas es imprescindible definir primero, cuáles de ellas deben ser consideradas estructuras de ¨albañilería reforzada ¨. Las pautas para esta clasificación son las siguientes: Se considera para efectos de clasificación, como estructuras de ¨albañilería reforzada¨, los siguientes casos:  Edificios antiguos de albañilería con techo de concreto armado.  Los edificios estructurados exclusivamente con una estructura aporticada de concreto armado; la cual no es capaz de soportar cargas horizontales originadas por sismos, necesitando para éste propósito usar muros de albañilería como elementos portantes de las cargas horizontales. (De otra forma el pórtico de concreto armado sufriría deformaciones y esfuerzos incompatibles con la resistencia del concreto armado).  Los edificios diseñados son estructuras de albañilería confinada, albañilería armada y albañilería de tipos sándwich. En los proyectos y obras de reparación, debemos distinguir los siguientes casos:  Para estructuras de Albañilería de Reforzada con Diafragma.  Reparación y reforzamiento de estructuras dañadas pro sismos.  Reforzamiento de estructuras de albañilería reforzada, para proyectos de remodelación y/o ampliación; con el objeto de darles capacidad sismo resistente.  Estructuras de Albañilería Reforzada sin Diafragma.  Reparación y reforzamiento de estructuras dañadas por sismos.  Casos especiales de estructura con techos abovedados.

Objetivo De La Reparación. El objetivo de la reparación es transformar la estructura en una estructura sana, que además cumpla con las exigencias de los reglamentos de construcción vigentes y tenga añadida una capacidad sismo-resistente, que aquella que cumple los siguientes requisitos:  Ser constituida con material estructural resistente.  Poseer ductibilidad.  Tener buena configuración estructural .

 La reparación en sí, consiste en definir y diseñar una nueva estructura que tenga configuración adecuada, o que incluya nuevos muros de refuerzo. La que no requieren ser cambiados por concreto.

Proceso De Reparación El proceso de reparación implica los siguientes:  Investigación de planos de análisis de la estructura resistente para llegar a un diagnostico de los daños. En caso de no contarse con planos, hay que efectuar un levantamiento arquitectónico y estructural del edificio.  Propuesta de reparación, que incluye la ubicación de elementos de concreto armado que refuercen la estructura le proporcionen una buena configuración estructural y el máximo de ductilidad alcanzable en términos prácticos.  Análisis de nueva estructura propuesta para definir su idoneidad y proceder al diseño.  Construcción de refuerzos y ejecución de la reparación.

Recomendaciones para evitar las Fallas en Edificaciones. A.- Formas y tamaño de la edificación: Elegir formas simples, simétricas y compactas en vez de las formas complejas, a simétricas y esbeltas. En planta, evitando las formas abiertas e irregulares. Como son las formas en L, T, U + y buscando en lo posible las formas cerradas y regulares como las cuadradas, rectangulares, triangulares, circulares, etc. En una elevación debe evitarse los retiros y crecimientos de ola planta con la altura de la edificación. Se debe evitar estructuras muy esbeltas en altura para limitar las fuerzas que se generan en los elementos verticales extremos, debido a los momentos de volteo. Estableces máximas recomendables: -

Para edificios aporticados 1:3.

-

Para edificaciones con muros de corte 1:5, se debe limitar la diferencia entre la dimensión de los lados de plantas rectangulares. La relación máxima de lados recomendada es de 1:3.

B.-Estructuración: Debe estructurarse definiendo caminos continuos, uniformes y directos para la transferencia de fuerzas verticales y horizontales a la cimentación. Son ejemplos de discontinuidad, la interrupción de muros antes de llegar a la cimentación, las aberturas grandes en muros o las aberturas en la elevación del muro, las perforaciones de los diagramas horizontales. Los cambios bruscos de resistencia o de rigidez en los pórticos, muros de corte o diafragmas horizontales, para eliminar la concentración de esfuerzos en algunos elementos; ejemplos típicos de cambios de rigidez los vemos En los pasos blandos que se producen en edificios cuando la rigidez de un nivel bajo es inferior a la de los superiores, cuando en el mismo nivel ocurren columnas de diferente altura, tal es el caso típico de la columna corta. La estructura debe contar con diafragmas horizontales, rígidos y capaces de distribuir las fuerzas horizontales uniformemente a los elementos verticales. La disposición y la característica de los elementos sismo – resistente deben tender a lograr simetría de rigides y coincidencia de centros de rigides, con el centroide, para menimizar los efectos torsionales. Cuando no hay simetría se producen torciones que llevan comportamientos que son difíciles de predecir y a la magnificación innecesaria de las fuerzas internas en algunos elementos. C.- Masa: Las fuerzas de inercia producidas por un sismo son proporcionales a la masa de la edificación, debe buscarse por lo tanto, reducir al mínimo la masa. Debe tenderse también a su distribución uniforme, en la planta y elevación, evitando concentraciones de masa, particularmente en los pisos superiores. D. Rigidez: Los desplazamientos laterales, traslación y de rotación depende de las suma de rigideces de los elementos resistentes y de la rigidez torsional de la planta que es función de la ubicación de los elementos resistentes verticales. Dependen también de la magnitud de las fuerzas laterales. Los desplazamientos deben limitarse tanto por razones estructurales, por protección de elementos no estructurales, así como por confort de los ocupantes. El incremento de rigidez

en una de edificación se logra de una manera muy eficiente con la incorporación de muros estructurales. E. Estructuración de muros de corte: a) Propósito y ventaja de la incorporación de muros: La incorporación de muros estructurales en una edificación tiene por propósito dar rigidez y fortalecer a la estructura. Las ventajas que se logran son múltiples.  Reducen las deflexiones relativas entre pisos y por lo tanto riesgo de daño en elementos no estructurales fijados a la estructura, ofreciendo protección casi total contra sismo de baja intensidad.  Reducen el daño estructural en sismos menos frecuentes y de mayor intensidad; para lograr esto es necesario darles a los muros suficiente fortaleza para que permanezcan en ele rango elástico.  Mantiene suficiente rigidez para proteger de daños a los elementos estructurales, aun después de sufrir extensas fisuras por flexión.  Son susceptibles de comportamiento y capaz de comportarse como elementos disipadores de energía sísmica, cuando incursiona en el rango inelástico en sismos muy fuertes. b) Ubicación de muros Debe tenderse a lograr simetría de rigidez en planta y administrar excentricidad es entre el centroide y de rigidez.

las

El lograr simetría no es suficiente, los muros deben disponerse de manera de lograr arreglos que tengan estabilidad torsional, con ello se minimiza los desplazamientos torsionales y se evita concentración de esfuerzos en elementos que son más débiles ( columnas). La mejor opción para ello es disponer los muros en el perímetro de la edificación de forma tal que generen partes torsionales en cualquiera de sus ejes principales. c) Proporciones: Las proporciones del muro de elevación definen en primera instancia el tipo de comportamiento que potencialmente tendrá el muro.  Muros con relación de esbeltez H/ L mayor que 2, tienen grandes posibilidades de comportarse dúctilmente.  Muros con relación de esbeltez H/L menor que 1, tendrán un comportamiento marcadamente frágil. En los muros con relación de esbeltez intermedia es posible mediante el diseño. Orientar su comportamiento hacia una falla dúctil por fluencia del refuerzo por flexión .

d) Formas de falla: De la observación del comportamiento de muros a cargas coplanares, en la realidad y ensayos de laboratorio, se establecen fallas dúctiles o frágiles. Las primeras están asociadas a la fluencia del acero por tracción o flexión y las segundas generalmente asociadas a fuerzas de corte y compresión.

Reparación y reforzamiento de elementos estructurales existentes. Algunos conceptos: a) Reparación: Cualquier operación para restablecer el comportamiento estructural de un elemento o estructura con daño a su comportamiento. b) Reforzamiento: Cualquier operación que incremente el comportamiento estructural de un elementos estructural a su comportamiento original. c) Restauración: Conseguir que la edificación que la edificación sea utilizable. Después de un sismo muchas veces se requiere la reparación de elementos estructurales existente de concreto armado, con el fin de restablecer la resistencia perdida. Si se desea aumentar la resistencia sísmica de una edificación dañada por un sismo debe reforzárselo elementos estructurales existentes.

Objetivos del reforzamiento: El reforzamiento debe buscar obtener una estructura bien configurada, que cumpla con los requisitos de RNE y que califique como estructura sismo – resitente. Es importante notar que para la reparación sea válida, la unión del diafragma antiguo con el nuevo de la ampliación debe ser total. En el caso de que esto no sea posible, la estructura antigua y la nueva deben separarse y tratarse como estructuras individuales separadas. Procesos de Reforzamiento:

Los proyectos de remodelación para este tipo de estructuras caen en tres categorías:  Ampliación sin modificar a edificación original.  Ampliación y remodelación del edificio original.  Solo remodelación interna del edificio. Reforzamiento de columnas: El propósito es mejorar la resistencia sísmica de una edificación aumentando la capacidad sismo resistente de sus columnas usando uno de los siguientes métodos:  Incrementando la ductilidad de las secciones de las columnas evitando la falla frágil por fuerza cortante. Este método puede aplicarse a edificaciones que tienen pocos muros de cortes, y a columnas que tienen una resistencia última al corte menor que su resistencia última a la flexión.  Compensación de las rigideces de las columnas. Este método puede aplicarse a edificaciones donde la distribución de la fuerza cortante en el nivel de análisis es significativamente desigual debido a la existencia de muros de relleno.  Aumentado la capacidad a la flexión de las columnas. A.- Reforzamiento incrementando la ductilidad de las columnas Existen varios procedimientos de tipos de construcción:  Aumentando la sección de las columna existente añadiendo estribos soldados adyacentes a la columna existentes.  Aumentando la sección de la columna existente añadiendo estribos soldados adyacentes a la columna existente.  Encajar la columna existente con una sección de área rectangular y circular.  Encajar la columna existente con correas de acero.

Reparación y reforzamiento de vigas: Para la reparación de vigas dañadas con grietas ligeras se aplican inyecciones epoxicas o lechadas de cemento.

Cuando los daños son mayores se realizarán opresiones de remoción o reposición. Primeramente deberán apuntalar temporalmente las vigas dañadas. El proceso de reparación de vigas es similar a l de las columnas, debiendo presentar mas atención en la compactación del concreto nuevo, lo que es difícil de conseguir si el llenado no se realiza por la cara superior de la viga.

Reparación y reforzamiento de muros de corte: Debido a su rigidez lateral y resistencia, los muros de corte proporcionan la parte significativa de la capacidad sísmica de la edificación. Por consiguiente, un muro de corte o probablemente diseñado debe ser separado o reforzado para mejorar su resistencia. Reparaciones locales: Si no hay deterioro ni concreto triturado la aplicación de inyecciones epoxicas es capaz de restituir aproximadamente la resistencia original; sin embrago el muro reparado no tendrá la misma rigidez lateral original debido a que no todas las pequeñas grietas pueden ser inyectadas de atoxico. En el caso de grietas grandes, concreto triturado o refuerzo pandeado debe utilizarse la remoción o reposición. Después de remover el concreto suelto, picar y limpiar la superficie, debe colocarse refuerzo adicional o mallas de alambre soldado. Es recomendable usar un mortero o concreto sin concentración expansiva.

Tipo de construcción para reforzamiento de muros de concreto armado: A) Incrementar la resistencia al corte: Esto se obtiene incrementando el espesor del muro. La expansión de baifas epoxicas con ganchos de 900 es una solución apropiada que contribuye a tener un sistema monolítico.

B) Incrementar la resistencia a la flexión. Esto puede obtenerse con elementos de confinamiento de los extremos del muro. El anclaje de los elementos de confinamiento puede realizarse soldando barras conectoras e inclinadas entre el el nuevo refuerzo y el existente. C) Incrementar la resistencia al corte y la flexión: Esto se obtiene incrementando el espesor del muro por un costado o los dos costados y añadiendo en elementos de confinamientos ambos extremos.

F.- Colapso Progresivo El colapso progresivo, ocurre cuando falla un elemento estructural primario. Esto da por resultado el colapso de elementos estructurales adjuntos, que a su vez provoca falla adicional y colapso. Las fallas del colapso progresivo se identifican fácilmente por el daño resultante que es muy desproporcionado con la causa original. Por ejemplo, la debilidad inherente en la estructura de un edificio no diseñado digamos, para resistir cargas explosivas, da por resultado considerablemente más daños y colapso que si fuera de otra forma. Si se hubiera considerado la carga explosiva en el diseño original de un edificio, se hubiera evitado el potencial de un colapso progresivo. TRATAMIENTO DE FISURAS CON FALLAS NO ESTRUCTURALES En estos casos para el tratamiento de las fisuras es necesario contar con un material de características elásticas; con la finalidad de proporcionar a la carpeta asfáltica desplazamientos tanto de dilatación como de contracción por tal motivo es necesario el uso de polímeros y aditivos con propiedades adhesivas; en busca de soluciones se realizaron pruebas tratando de modificar las características elásticas y adhesivas de los asfaltos incorporando materiales elastomericos como es el caso del Jebe Liquido este material es básicamente un jebe (caucho) diluido con elementos volátiles como el tulol y el aditivo mejorador de adherencia, para realizar las mezclas asfálticas muy cerradas con las cuales se puede realizar los tratamientos de fisuras elásticas. En el proyecto SINMAC- Cusco, se realizaron modificaciones del Liquido Asfáltico RC-250, con un porcentaje de jebe líquido y el aditivo de adherencia. La mezcla de estos 3 productos junto con el agregado pétreo de granulometria muy delgada. Es usada en los trabajos de sellado de fisuras, los diseños de mezcla para el tratamiento de fisuras, son variables en función de la altitud, gradiente técnico y humedad ambiental.

El tratamiento de este tipo de fisuras se realiza de dos formas considerando el ancho de cada una. * En caso de fisuras menores a 3 mm se recomienda el tratamiento de fisura tipo Banda.

* En caso de fisuras mayores a 3 mm se recomienda usar un Ruteador con la finalidad de ensanchar la fisura y llegar a tener mayor superficie de adherencia en el cual el material Elastomerico será rellenado, a este tipo de tratamiento se le denominara tipo Reservorio y Banda. Este tipo de actividad se denomina Tratamiento de Fisuras Elásticas el cual no recupera la carpeta asfáltica la capacidad estructural; por lo que se comporta como un sellante de características elásticas.

TRATAMIENTO DE FISURAS POR FALLAS ESTRUCTURALES Las fisuras que se presentan a causa de fallas estructurales deben ser tratadas considerando la restitución de sus características de absorción de esfuerzos que ocasionaron las fisuras. En estos tipos de fallas se trata de realizar una reparación estructural el cual será necesario restituir la capacidad de absorber energía de deformación y además proporcionar la continuidad de la carpeta asfáltica; perdida por la presencia de la fisura; para poder conseguir esta reparación lo primero será tratar de restituir el vacío existente con un material de características semejantes a la carpeta asfáltica existente tanto en resistencia mecánica como de rigidez. Por lo que se recomienda realizar al ensanche, de la fisura en todo el espesor de la carpeta asfáltica por medio de un ruteado y luego rellenado con el material antes mencionado que pueda ser una mezcla asfáltica en caliente o mezcla asfáltica en frío; debidamente ligado a las caras de la carpeta antigua y compactada. Esta reparación puede tener una duración corta debido al proceso de rigidización del asfalto por envejecimiento y posteriormente presentar la falla ocurrida anteriormente, esta debido a la presencia del fenómeno que ocasiono la falla original. Pero si esta zona fuera tratada por un sistema de reforzamiento asfáltico a base de micro pavimentos, se podría estar hablando de una reparación de tipo

Rehabilitación que si garantiza un tiempo de duración razonable. A este tipo de reparación se recomienda colocar membranas que posean la capacidad de absorber esfuerzos tales como el uso de geotextiles, mantos de polipropileno (arpillera), que serán colocados en la transición de la carpeta asfáltica determinada y el refuerzo asfáltico. Se recomienda que en trabajos de recapeos técnica de mucho apogeo se coloque entre el micro pavimento y la carpeta asfáltica antigua el colocado de algún elemento que brinda la posibilidad de absorber ciertos esfuerzos con la finalidad de no permitir el reflejo de las fisuras tratadas. Se esta usando mantas de Geotextiles para micro pavimentos con asfalto en caliente. Pero si se usara asfalto en frío con Emulsión Asfáltica se puede usar geotextil o mantas de polipropileno (arpillera). Este tipo de trabajos se viene ejecutando en el Sistema Nacional de Mantenimiento de Carreteras Sede Puno, con la finalidad de mantener estructuralmente la carpeta asfáltica en condiciones razonables tratando de no perder la capacidad resistente de las vías; y con ello pensar en un futuro realizar trabajos de Recapeo con espesor de carpetas asfálticas menores, que a los Recapeos de vías con tratamientos de fisuras elásticas.

Centro Educativo Estatal “Santa Ursula”, ubicado en Baños del Inca

Vista lateral de la construcción aguas

diseño de techo a dos

Fallas por asentamiento diferencial del suelo asentamiento de columna

Fisuras en veredas debido a la dilatación

fallas por

falla por flexion en muros

Fallas a nivel de suelo debido al asentamiento diferencial de sus zapatas

Grietas verticales en muros debido a la tracción en los muros

Grietas por dilatación esfuerzo cortante

daño producido por

Grieta en la loza y muros en el segundo piso de la construcción debido a esfuerzos cortantes

Conclusiones:

La estructura debe contar con diafragmas horizontales, rígidos y capaces de distribuir las fuerzas horizontales uniformemente a los elementos verticales. La disposición y la característica de los elementos sismo– resistente deben tender a lograr simetría de rigidez y coincidencia de centros de rigidez, con el centroide, para minimizar los efectos torsionales. Cuando no hay simetría se producen torciones que llevan comportamientos que son difíciles de predecir y a la magnificación innecesaria de las fuerzas internas en algunos elementos. En el centro educativo “santa Úrsula” se observan fallas estructurales por asentamientos diferenciales a nivel del suelo además de grietas por dilatación en las veredas; Esto se debió al mal estudio de la resistencia del terreno o suelo en cuanto a su capacidad portante y efectos de corte y asentamiento

diferenciado, al igual que el fallo de las estructuras debido a la sobrecarga excesiva que presentan sus columnas y muros portantes. Las grietas que presentan tanto columnas como muros hacen presumir que el diseño de mezcla de concreto al igual que el encofrado de columnas y el curado de la construcción no fue el adecuado. Se deben tener en cuentas las normas estructurales según el reglamento Nacional de Edificaciones. Finalmente para llevar a cabo una construcción estructural eficiente se deben tener en cuenta los criterios de estructuración con una buena distribución de cargas y primordializar las estructuras simétricas como rectángulos, cuadradas y circulares por mencionar algunos de ellos.