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INFORME TÉCNICO – PRIMERA ENTREGA

EXPEDIENTE

SOLICITANTE

:

:

INF-LE N° XXX-18

XXXXXXXXX Xxxxxxxxxxxxx

TÍTULO

:

ELABORADO POR :

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DE XXXXXXXX

Daniel Enrique Torrealva Dávila Wilson Silva Berríos

FECHA

:

San Miguel, Octubre 17, 2018

Ing. Daniel Enrique Torrealva Dávila Jefe del Laboratorio

1

EVALUACIÓN ESTRUCTURAL DEL PABELLÓN ANTIGUO DE PRIMARIA EN LA I.E. 3037 GRAN AMAUTA 1. INTRODUCCIÓN Edificio TORRE TRECCA se ubica en la Avenida Arenales cdra. 14, Jesús María – Lima como lo muestra la Figura 1-1. El edificio en su estado actual comprende 3 sótanos, 1 semisótano, y 22 niveles superiores, de los cuales el último no está concluido.

Figura 1-1: Ubicación de la TORRE TRECCA

Según el informe realizado por CISMID (1999), el proyecto original fue desarrollado en 1960 por el Ing. Walter Tillit y posteriormente en 1980 el proyecto fue revisado y actualizado a las exigencias normativas de la época por el Ing. Luis Zegarra. La ejecución de la obra fue paralizada en 1989 quedando en su estado actual. Ante ello, el CONSORCIO TRECCA solicita al Laboratorio de Estructuras de la Pontificia Universidad Católica del Perú, realizar la evaluación de la seguridad estructural del edificio TORRE TRECCA, donde se brinde un diagnóstico, conclusiones y recomendaciones sobre el estado actual de la edificación. 2. OBJETIVOS Evaluación de la seguridad estructural de la edificación TORRE TRECCA, en su estado actual, a través de la verificación de la calidad de los materiales, reconocimiento de los daños y la elaboración de un modelo numérico que nos permita evaluar la demanda en los elementos estructurales, así como verificar la seguridad de la edificación según lineamientos especializados (nacionales e internacionales). Finalmente, proporcionar conclusiones sobre la seguridad de la edificación según el estado actual y brindar recomendaciones sobre la viabilidad del reforzamiento estructural.

2

3. CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL La TORRE TRECCA es una edificación de tres sótanos, un semisótano y 22 niveles, la configuración estructural en planta es constante en todos los pisos y se muestra en la Figura 3-1. La estructura está formada por dos bloques simétricos cada uno soportado por cuatro Placas “C” unidos por una losa de conexión.

Figura 3-1: Distribución en planta de la TORRE TRECCA

4. INSPECCIÓN Y ENSAYOS Para conocer el estado y comportamiento del concreto armado en el edificio se realizaron las siguientes acciones:

4.1

Inspección visual y levantamiento estructural

Se realizó una inspección visual del estado actual de la edificación y toma de dimensiones de los principales elementos estructurales de la edificación. Con estos resultados de la inspección se consiguió formular la configuración estructural de la edificación.

4.2

Extracción de muestras de concreto con taladro y broca de diamante

Se extrajeron seis (6) testigos diamantinos representativos del concreto de columnas y vigas de la estructura, para luego ser ensayadas a compresión axial, bajo procedimientos estándar y normalizados. Para la extracción de diamantinas se utilizó un taladro con 3

broca de corona circular diamantada. El diámetro de los testigos es 74.3 mm (3”) y la longitud varió entre 140 y 200 mm. A continuación, se aprecia el proceso de extracción desde la Figura 4-1a la Figura 4-4.

Figura 4-1: Extracción de testigo diamantino D1 de la viga del BLOQUE 3 – Piso 1 ubicada entre los ejes A-B y 4

Figura 4-2: Extracción de testigo diamantino D2 de la columna del BLOQUE 3 – Piso 1 ubicada entre los ejes B y 4

Figura 4-3: Extracción de testigo diamantino D4 de la columna del BLOQUE 1 – Piso 1 ubicada entre los ejes A y 4

Figura 4-4: Extracción de testigo diamantino D5 de la viga del BLOQUE 1 – Piso 1 ubicada entre los ejes A-B y 4

El informe de la determinación de la resistencia del concreto endurecido a partir de ensayos de compresión axial en testigos diamantinos se muestra en el Anexo 1.

4.3

Uso del localizador de barras de refuerzo (Detector de metales)

Se determinó la ubicación, profundidad y la cantidad de barras de refuerzo en ciertas secciones de elementos estructurales, a través del usó de un detector de metales marca

4

PROCEQ modelo PROFOMETER 5+, tal como se aprecia desde la Figura 4-5 a la Figura 4-8.

Figura 4-5: Detección de acero de la columna C3 del BLOQUE 3 – Piso 1 ubicada entre los ejes C y 4

Figura 4-6: Detección de acero de la columna C2 del BLOQUE 3 – Piso 1 ubicada entre los ejes B y4

Figura 4-7: Detección de acero de la viga del BLOQUE 3 – Piso 1 ubicada entre los ejes A-B y 4

Figura 4-8: Dos barras de acero de 3/8”(paquete) en la esquina de la columna C4 del BLOQUE 1 – Piso 1 ubicada entre los ejes A y 4

El informe con la información de la detección de acero se muestra en el Anexo 2

4.4

Determinación del estado de corrosión del acero de refuerzo

Se determinó el estado de corrosión en los mismos puntos donde se realizaron las extracciones de diamantinas (zonas sanas). Para ello se realizó un estudio que comprende la observación visual de los elementos inspeccionados, la medición de la profundidad de carbonatación en el concreto, la medición del potencial de corrosión del acero y la toma de muestras de polvo de concreto para determinar la concentración de iones cloruros, tal como se aprecia desde la Figura 4-9 a la Figura 4-12.

5

Zona carbonatada Figura 4-9: Aplicación de fenolftaleína en el testigo diamantino D1para determinar la profundidad de carbonatación.

Figura 4-10: La parte incolora de la diamantina D1, medido desde la superficie, representa la profundidad de carbonatación

Figura 4-11: Extracción de polvo del concreto de la columna C1 (ubicada entre los ejes A y 5) para la determinación de iones cloruro (BLOQUE 3 Piso 1)

Figura 4-12: Medición del potencial de corrosión en la armadura longitudinal de la viga ubicada entre los ejes A-B y 4 (BLOQUE 3 - Piso 1)

4.5

Auscultación de la cimentación

Se descubrió la cimentación existente y se determinó las características físico-mecánicas del suelo en la que se apoya, a través de la excavación de seis (6) calicatas de exploración en el exterior e interior de ciertas aulas del BLOQUE 1 y BLOQUE 3, tal como se aprecia desde la Figura 4-13 a la Figura 4-16.

6

Figura 4-13: Calicata C4, ubicada en los ejes A4 del BLOQUE 3

Figura 4-14: Calicata C6, ubicada en los ejes A10 del BLOQUE 3

Figura 4-15: Calicata C5, ubicada en los ejes A9 del BLOQUE 1

Figura 4-16: Calicata C2, ubicada en los ejes A4 del BLOQUE 1

El informe del estudio de mecánica de suelo se muestra en el Anexo 4

5. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS 5.1

Resistencia a la compresión del concreto

Los seis (6) testigos diamantinos fueron extraídos de los distintos elementos estructurales (vigas y columnas) del BLOQUE 1 y BLOQUE 3, y luego ensayados en una Máquina Universal de ensayos del Laboratorio de Estructuras - PUCP, calibrada periódicamente con una celda patrón, trazable internacionalmente. Los resultados de resistencia obtenidos, varían desde 130kg/cm² hasta 250kg/cm². Los resultados del concreto para el Bloque 1 arrojaron una resistencia promedio de 222kg/cm², mientras que para el Bloque 3 la resistencia promedio fue de 153kg/cm² (Ver Figura 5.1). 7

Figura 5-1: Resistencia a la compresión axial de testigos diamantinos de concreto.

Se puede apreciar que para los Bloques 1 y 3, la resistencia del concreto de las columnas y vigas es similar. En las Figuras 5-2 y 5-3 se muestra la ubicación de las diamantinas en los Bloques 1 y 3, respectivamente.

Figura 5-2: Ubicación de los puntos de extracción de diamantinas en Bloque 1

Figura 5-3: Ubicación de los puntos de extracción de diamantinas en Bloque 3

8

5.2

Detección de acero en el concreto armado

La ubicación de los puntos en donde se pudo realizar la detección de acero (en columnas y vigas) se muestran desde la Figura 5-4 a la Figura 5-6. Cabe mencionar que, para profundidades mayores a 6 cm, las mediciones para reconocer el diámetro de las barras, no es confiable. Por ende, para los resultados del informe se usa la letra N cuando no se pudo determinar el número de barras de refuerzo longitudinal, el D cuando no se pudo determinar su diámetro y el T cuando no se pudo determinar el diámetro del estribo. BLOQUE 1 Según los ensayos de detección del refuerzo en el BLOQUE 1, se observa que las columnas ubicadas en los ejes A y B son de similares secciones y de igual cantidad de barras de acero. Esto debido a que las columnas ubicadas en los ejes A-4 y B-4 presentan 10 barras de acero de diámetro de 3/8” (10 ø3/8”) con paquetes de 2 barras en las esquinas. Por lo tanto, se puede deducir que en los ejes A y B se tienen columnas C3 de 10 ø3/8”. También se dedujo que la posible separación de los estribos en la parte central de las columnas varía de10 a 15 cm, aproximadamente. Los resultados completos de la detección del acero, realizado en ciertos elementos estructurales, se muestra con mayor detalle en el informe INF-LE Nº219-18 (B), perteneciente al Anexo 2.

Figura 5-2: Ubicación de los puntos de detección de acero en el Bloque 3

BLOQUE 2 Según los ensayos de detección del refuerzo en el BLOQUE 1, no se pudo determinar de forma confiable el diámetro de las barras, debido al tarrajeo y recubrimiento de las columnas (mayor a 6 cm). Tampoco se pudo determinar la cantidad exacta de barras, debido a que no se tenía acceso a por lo menos dos caras completas de las columnas a medir. Lo que sí se puede deducir de los resultados es que la posible separación de los estribos en la parte central de las columnas era de 25 a 30 cm, aproximadamente.

9

Figura 5-3: Ubicación de los puntos de detección de acero en el Bloque 2

BLOQUE 3 Según los ensayos de detección del refuerzo en el BLOQUE 3, se observa que las columnas ubicadas en los ejes A y B son de similares secciones, pero con diferente cantidad de barras de acero. Esto debido a que las columnas ubicadas en los ejes A-4 y B-4 del piso 1 presentaban 6 barras de acero de diámetro de 3/4” (6 ø3/4”); mientras que la columna de los ejes B-5 presentaba 4 barras de acero de diámetro de 3/4” (4 ø3/4”). Por otro lado, las columnas ubicadas en el C son de sección similar y de igual cantidad de barras de acero, ya que las columnas ubicadas en los ejes C-4 y C-6 presentaban 4 barras de acero de diámetro de 5/8” (4 ø5/8”). Por lo tanto, se puede deducir que en los ejes A y B se tienen columnas C1 de 4 ø3/4” y C2 de 6 ø3/4”; y en el eje C, se tienen columnas C3 de 4 ø5/8”. También se dedujo que la posible separación de los estribos en la parte central de las columnas era de 20 cm, aproximadamente.

Figura 5-6: Ubicación de los puntos de detección de acero en el Bloque 1

10

A continuación, se muestra un cuadro resumen (Tabla 3) de las cuantías de acero de las columnas con sus respectivas secciones. Tabla 3. Cuantía de acero de columnas Código de columna C1 C2 C3 C4

Bloque

Nivel

Cantidad Diámetro Ag (mm²) Ast (mm²)

Cuantía

3

Piso 1 y 2

4

3/4”

100000

1136

1.12%

3

Piso 1 y 2

6

3/4”

100000

1704

1.70%

3

Piso 1 y 2

4

5/8”

62500

800

1.28%

1

Piso 1 y 2

10

3/8”

75000

710

0.95%

Ag: Área bruta de la sección transversal Ast: Área total de acero

Figura 5-7: Secciones típicas de columnas

5.3

Estudio de corrosión del acero de refuerzo

El estudio de corrosión se realizó en los seis (6) puntos donde se extrajeron las diamantinas. A continuación, se muestra la ubicación de dichos puntos:

Figura 5-8: Ubicación de los puntos de detección de acero en el Bloque 1

11

Figura 5-9: Ubicación de los puntos de detección de acero en el Bloque 1

Determinación de la profundidad de carbonatación: Se realizó para determinar si el concreto a desprotegido al acero de refuerzo. Para ello se usó un indicador cualitativo colorimétrico (fenolftaleína), rociadas sobre las diamantinas extraídas, con el fin de medir la profundidad de la carbonatación (el color “grosella” indica la ausencia de carbonatación del concreto). Los resultaron se muestran en la Tabla 4 Tabla 4. Resultados de profundidad de carbonatación Punto

Elemento

Bloque

Nivel

Ejes

Espesor de recubrimiento de concreto (mm)

Profundidad de carbonatación (mm)

1

Viga

Bloque 3

Piso 1

A-B/4

48

Todo el recubrimiento del acero, carbonatado

2

Columna

Bloque 3

Piso 1

B/4

40

3 4 5 6

Columna Columna Viga Columna

Bloque 3 Bloque 1 Bloque 3 Bloque 3

Piso 1 Piso 1 Piso 1 Piso 1

A-5 A-4 A-B/4 B-9

65 60 44 60

Todo el recubrimiento del acero, carbonatado 61 49 42 40

De los resultados se observa que las profundidades fueron mayores a 4 centímetros y en algunos casos (Punto 1 y Punto2) -ya habían alcanzado la ubicación de las barras de refuerzo; mientras que, en otros casos, quedaba muy poco margen de recubrimiento sin carbonatar. Por lo tanto, al tener un gran recubrimiento carbonatado y presencia de humedad, hay más posibilidad de generación del proceso de corrosión del acero de refuerzo. El recubrimiento del acero en elementos estructurales como columnas y vigas, van de 4 a 6.5 cm, aproximadamente.

Determinación de la concentración de iones cloruros: Se realizó para determinar las concentraciones de iones cloruros solubles en agua, mediante método volumétrico propuesto por la norma ASTM D1411-09, obtenidas de las muestras de polvo de 12

concreto extraídas de los seis puntos antes mencionados. Los resultaron se muestran en la Tabla 5. Tabla 5. Resultados de concentración de iones cloruros

A-B/4

Cloruros (mg/kg) 215

Cloruros (%) 0.022

Piso 1

B-4

317

0.032

Bloque 3

Piso 1

A-5

153

0.015

Bloque 1

Piso 1

A-4

201

0.02

Viga

Bloque 3

Piso 1

A-B/4

346

0.035

Columna

Bloque 3

Piso 1

B-9

189

0.019

Punto

Elemento

Bloque

Nivel

Ejes

1

Viga

Bloque 3

Piso 1

2

Columna

Bloque 3

3

Columna

4

Columna

5 6

Figura 5-10: Ubicación de los puntos de detección de acero en el Bloque 1

En la Figura 5.10 se observa que los valores de concentración de iones cloruros son menores al 0.1%, por lo que, para este caso se deduce que la acción de iones cloruros no es un factor desencadenante en el ataque para la corrosión del acero. Determinación del potencial de corrosión: Se realizó para establecer si la corrosión es activa o no. Para ello se usó un multímetro digital de alta impedancia y un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado, de acuerdo a la norma ASTM C876-15. Los resultados se muestran en la Tabla 6, obtenidos para 4 posiciones respecto a cada punto de evaluación, moviendo el electrodo de referencia sobre la superficie de concreto. Tabla 6. Resultados de potencial de corrosión

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Punto

Elemento

Bloque

Nivel

Ejes

1 2 3 4 5 6

Viga Columna Columna Columna Viga Columna

Bloque 3 Bloque 3 Bloque 3 Bloque 1 Bloque 3 Bloque 3

Piso 1 Piso 1 Piso 1 Piso 1 Piso 1 Piso 1

A-B/4 B-4 A-5 A-4 A-B/4 B-9

Potencial de electrodo (en mV vs. Electrodo Cu/CuSO4 Saturado) -254 -295 -263 -394 -224 -326

-238 -321 -266 -410 -208 -300

-249 -333 -254 -381 -215 -323

-233 -315 -265 -401 -209 -307

Figura 5-11: Ubicación de los puntos de detección de acero en el Bloque 1

De los resultados se observa que en los 6 puntos donde se extrajeron las diamantinas, las barras de refuerzo longitudinal presentan un nivel de riesgo moderado a alto de corrosión, el cual podría aumentar si no se retira el concreto carbonatado y si aumenta el nivel de humedad. Sin embargo, en otras zonas, presenta un nivel severo de corrosión, tales como en el techo del pasadizo del piso 1 del Bloque 1 y en la parte inferior de ciertas columnas exteriores del piso 1 del Bloque 3. Inspección visual: La inspección visual nos permitió comprobar, a parte de los resultados obtenidos, que también existían ciertas zonas con un nivel severo de corrosión, el cual se evidencia a través del desprendimiento del recubrimiento y la pérdida de sección del acero (reducción de sección de las barras). Por esta razón, con el estudio de corrosión se realizó en otras zonas menos visibles (sin corrosión visible) -seis 14

(6) puntos evaluados- para comprobar si la corrosión es generalizada o localizada en ciertos elementos. En la Figura 5-12 a la Figura 5-17, se muestra evidencias de las zonas donde la corrosión es considerada “severa”.

Figura 5-12: Techo ubicado entre los ejes B y C (BLOQUE 1 - Piso 1)

Figura 5-13: Techo ubicado entre los ejes B y C (BLOQUE 1 - Piso 1)

Figura 5-14: Columnas exterior ubicada entre los ejes C - 6 (BLOQUE 3 - Piso 1)

Figura 5-15: Desprendimiento del recubrimiento de la base de columnas ubicada entre los ejes C - 6 (BLOQUE 3 - Piso 1)

15

Proyección Viga

Fisura de corrosión

Figura 5-16: Desprendimiento del recubrimiento y pérdida de sección transversal de acero en la columnas ubicada entre los ejes C - 10 (BLOQUE 3 - Piso 1)

5.4

Figura 5-17: Fisura de corrosión en la dirección del acero longitudinal de la viga ubicada entre los ejes A-B y 11 (BLOQUE 3 - Piso 1)

Inspección de la cimentación

Se realizaron seis (6) excavaciones en total, cuatro (4) en ambos lados de dos columnas -hacia el aula y fuera de ella- y dos (2) excavaciones en áreas libres. La Tabla 7 muestra la profundidad excavada y en la Figura 5-18 y 5-19, se muestra las ubicaciones. Tabla 7. Condiciones de cimentación Calicata

Profundidad excavada (m)

C-1

1.20

C-2

1.20

C–3

1.40

C–4

1.40

C–5

2.30

C-6

3.00

16

Figura 5-18: Ubicación de los puntos de las calicatas en el Bloque 1

Figura 5-19: Ubicación de los puntos de las calicatas en el Bloque 3

Realizadas las excavaciones, se registraron las dimensiones de las partes expuestas de la cimentación, se realizaron ensayos en campo para la obtención de los valores de la densidad natural del suelo y se extrajeron muestras representativas del suelo de las excavaciones para ensayos en el laboratorio. La Tabla 8 muestra las condiciones encontradas de la cimentación. Tabla 8. Condiciones de cimentación para las zonas excavadas CONDICIONES DE CIMENTACIÓN Tipo de cimentación encontrada:

Zapatas cuadradas

Estrato de apoyo a la cimentación

Suelo gravoso

Parámetros de diseño para la Cimentación Profundidad de cimentación (Df):

0.80m sobre grava

Capacidad Portante:

Zapata rectangular B=1.00m, Qad=3.00 kg/cm²

Los resultados se muestran en el informe INF-LE N°219-18 (D) en el Anexo 4.

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6. ANÁLISIS SÍSMICO DE LA EDIFICACIÓN El análisis preliminar de la edificación nos muestra problemas de piso blando

7. Conclusiones En las condiciones actuales, el Pabellón antiguo de primaria de la I.E. Gran Amauta no puede ser usado como aulas de dictado de clases por las siguientes razones: -

El pabellón, conformado por tres (3) bloques unidos sin ninguna junta sísmica, es irregular en planta por la forma en C que presenta. Por lo que es necesario aislar cada bloque.

-

El estado de corrosión del acero de refuerzo ha alcanzado un nivel severo en ciertas zonas, tales como en el techo del pasadizo del Bloque 1 que pone en peligro a los usuarios del edificio; y en las columnas exteriores del Bloque 3. Además, la profundidad de carbonatación es mayor a 4 cm, llegando en algunos casos a alcanzar al acero de refuerzo. Por lo que el riesgo actual de corrosión aumentará en presencia de mayor humedad, si es que no se retira el concreto carbonatado.

-

La rigidez lateral del Bloque 1 en ambas direcciones (X e Y) no es la adecuada para controlar los desplazamientos laterales, ya que ante un sismo severo la estructura sería muy propensa a sufrir grandes daños estructurales y noestructurales. Esto debido a que las derivas (desplazamiento de entrepiso) máximas obtenidas en las dos direcciones superan la deriva límite exigida por la Norma E.030.

-

La rigidez lateral del Bloque 3 en la dirección X no es la adecuada para controlar los desplazamientos laterales, ya que ante un sismo severo la estructura sería muy propensa a sufrir grandes daños.

-

El Bloque 1 no cumple con los requisitos de desempeño para el tipo de edificación esencial, pues la escasa cuantía de acero en las columnas permitiría fallas prematuras en estas, generándose un mecanismo de falla frágil debido al colapso masivo de las columnas.

-

El Bloque 3 no cumple con los requisitos de desempeño para el tipo de edificación esencial. La ausencia de vigas peraltadas en la dirección longitudinal induciría una falla masiva de las vigas; aunque esto no produciría un mecanismo de falla frágil como en el caso del Bloque 1.

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8. Recomendaciones Para volver a utilizar las aulas evaluadas se deben realizar acciones orientadas a asegurar la durabilidad a futuro de las aulas y asegurar el comportamiento sísmico con la seguridad que define la norma de Diseño Sismorresistente E.030 actual. Para asegurar la durabilidad a futuro de las aulas se recomienda: -

Demoler y reconstruir la losa del pasadizo del segundo piso en el Bloque 1 que se encuentra con signos de corrosión avanzada, ya que el desprendimiento de porciones de techo puede ocasionar daños a las personas que circulen debajo.

-

Retirar el concreto carbonatado de las columnas y vigas inspeccionadas hasta dejar expuesto el acero de refuerzo y, luego de la limpieza, proceder a vaciar nuevo concreto para el recubrimiento, el cual provea una adecuada protección. Cabe mencionar que es muy probable que más del 90% de las columnas y vigas tengan esta intervención, pues los seis (6) puntos inspeccionados presentaron profundidades de carbonatación que incluso llegaban al acero de refuerzo.

-

Donde se haya comprometido de manera importante la sección de las armaduras de refuerzo en la parte baja de las columnas, se recomienda incluir varillas de refuerzo adicional.

Para asegurar la seguridad para cargas verticales y sísmicas se recomienda: -

-

-

Demoler el Bloque 2 para instalar juntas sísmicas apropiadas y corregir el problema de irregularidad en planta del Pabellón antiguo de primaria. Con esto se obtiene la regularidad en planta de los Bloques 1 y 3. Reconstruir el techo del pasadizo del Bloque 3 en el segundo piso colocándolo a nivel del techo de las aulas para eliminar la situación de irregularidad que no es permitida por la norma E.030. Incrementar la rigidez lateral en los Bloque 1 y 3. El incremento de la rigidez lateral se puede lograr mediante la inclusión de placas de concreto armado de 15cm de espesor en las posiciones indicadas (como se muestra en el análisis realizado), o equivalentemente en el perímetro de la edificación. Esta última técnica de reforzamiento es la más recomendable al ser mínimamente intrusiva debido a que las placas se construyen en el perímetro de la edificación incluyendo el borde de los corredores.

Lima, 27 de Septiembre de 2018.

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