Reforzamiento de Estr ucturas de Concreto Reforzado Julio 29 de 2016
Ing. Jorge Rendón
[email protected]
Jorge Alberto R endón Ospina •
Ingeniero Civil. Universidad Nacional de Colombia, Manizales. 1992.
•
Especialización en Estructuras. Building Research Institute, Japón. 1998.
•
Curso en Diseño Macedonia. 2000. Estructural. Instituto de Ingeniería Sísmica IZIIS,
•
Miembro del Comité ACI440, Reforzamiento de Estructuras con Materiales Compuestos FRP.
•
Ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia S.A. desde 2001.
•
Experiencia de 23 años en Diseño Estructural.
•
Conferencista en Países como: Argentina, Brasil, Bolivia, Canadá, Chile, Colombia, Costa Rica, México, República Dominicana, Ecuador, Nicaragua, Panamá, Perú, Uruguay, Venezuela.
3
¿Por qué reforzar las estructuras? 1950
2016
Sección insuficiente de vigas y columnas
Acero de refuerzo insuficiente
Aumento de cargas verticales
Baja resistencia a compresión del concreto
Deterioro en el tiempo, incendio, impacto, etc.
Actualización sísmica.
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¿Por qué reforzar las estructuras?
Actualización Sísmica
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¿Por qué reforzar las estructuras?
Sismo en Ecuador Abril 16 2016
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 1. Arriostr amientos metálicos 2. Pantallas en concreto reforzado 3. Encamisado en concreto reforzado 4. Encamisado metálico 5. Platinas metálicas 6. Adición de perfiles metálicos 7. Contrafuertes 8. Postensionamiento exter no 9. Materiales Compuestos FRP 10. Disipadores de energía 11. Aislamiento sísmico
MODIFICAN LA RESPUESTA
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 1
Arriostramientos Metálicos (Steel Bracing)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 2
Pantallas en concreto reforzado (RC Walls)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 3
Encamisado en concreto reforzado (RC jacketing)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 4
Encamisado en acero (Steel jacketing)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 5
Platinas metálicas (Metallic plates)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 6
Adición de perfiles metálicos (Metallic members)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 7
Contrafuertes (Buttressing)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 8
Postensionamiento exter no (Postensioning)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 9
Disipadores de Energía (Dampers)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 10
Aislamiento Sísmico (Seismic Isolation)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 11
Materiales Compuestos FRP (FRP)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural
S a c u d i d a
Hay que controlar:
1. Desplazamientos Laterales 2. Esfuerzos en vigas y columnas
S e v e r a
Comportamiento de una estructura durante un sismo
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Resistencia Reforzamiento basado en aumento de resistencia y rigidez
Reforzamiento basado en aumento de resistencia y ductilidad
Estructura srcinal
Reforzamiento basado en aumento de ductilidad
Ductilidad
Comportamiento de las estructuras reforzadas
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Resistencia
1
2 3
1
Reforzamiento basado en aumento de resistencia y rigidez
2
Reforzamiento basado en aumento de resistencia y ductilidad
3
Reforzamiento basado en aumento de ductilidad
Estructura srcinal
Ductilidad
Comportamiento de las estructuras reforzadas
Arriostramientos Metálicos (Steel Bracing)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Centro Comercial – B/ventura
Universidad del Valle – Cali
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Edificio de oficinas – Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Tipos de Arriostramientos Metálicos
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Arriostramiento metáli co tipo K – Japón Conexión Indirecta
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Sección existente
Barra de anclaje Resina epóxica estructural Espiral No2 C 5 cm Barras soldadas al arriost. metálico Grout
Estructura metálica marco perimetral
Fabrica Café Liofilizado – Chinchiná (1999)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Arriostramientos Metálicos:
Bomberos – Manizales (1999) Estadio de Fútbol – Medellín (2006)
PTAP – Medellín (2004) PTAP – Medellín (2004)
Pantallas en Concreto Reforzado (Reinforced Concrete Walls)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Pantallas:
Catedral de Manizales
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Pantallas:
Catedral de Manizales
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Pantallas:
Edificios en Cali
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Pantallas:
Edificio de la ETB – Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Pantallas:
mortero mortero mortero
Sistema Drypack Remate de la parte superior de la pantalla
Encamisado en Concreto Reforzado (Reinforced Concrete Jacketing)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
Encamisado de vigas
Encamisado de columnas
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
Tanque de Vitelma – Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
1) Preparación de la superficie
Tanque de Vitelma – Bogotá
2) Colocación del nuevo acero de refuerzo
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
3) Colocación del puente de adherencia
Tanque de Vitelma – Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
4) Colocación de la formaleta
Tanque de Vitelma – Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
5) Colocación del concreto sin retracción
Tanque de Vitelma – Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
Encamisado terminado
Tanque de Vitelma – Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en concreto reforzado:
Mortero de reparación
Remate del encamisado de la columna Sistema Drypack
Encamisado en Acero (Steel Jacketing)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en acero:
Material de relleno: Adh. epóxico, grout ó concreto sin retracción
Camisa metálica
Soldadura
Espesor del material de relleno Hasta0.5cm Hasta cm 5 Másde5cm
Material sugerido AdhesivoEpóxico Grout Concretosinretracción
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en acero:
Universidad en Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en acero:
Universidad en Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en acero:
Universidad en Bogotá
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Encamisado en acero:
Edificio en Bogotá
Puente en Bogotá
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Postensionamiento Exter no (Postensioning)
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Postensionamiento Externo:
Desviador
Postensionamiento externo de las vigas longitudinales
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Postensionamiento Externo:
2 cables con dos torones de ½” cada uno
Puentes en Bogotá
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Postensionamiento Externo:
Puentes en Bogotá
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Postensionamiento Externo:
Puentes en Bogotá
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Postensionamiento Externo:
Puentes en Bogotá
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Postensionamiento Externo:
Grout cementoso
Disipadores de Energía (Energy Damping)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Disipación de energía:
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural 1. Metálicos (Metallic Yielding Dampers)
Honeycomb
ADAS
TADAS
Unbonded Braces
Fricción (Friction Dampers) Sistemas Pasivos de Disipación de Energía
Pall
Slotted Bolted
Zoran’s
2. Viscoelásticos (Viscoelastic Dampers)
Solid Viscoelastic
Fluid Viscoelastic
Fluid viscous
3. TMD (Tuned Mass Damper)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Disipación de energía:
Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Con el sismo de Armenia – Colombia 1999
Sin disipadores
Con disipadores
6 4
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural
Max:5559Ton
Max:3263Ton
Cortante sísmico en la base sin disipadores
Cortante sísmico en la base con disipadores
41% de reducción en el cortante
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Disipación de energía:
Disipadores de fricción tipo PALL – Hospital San Juan de Dios de Armenia (Colombia)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Disipación de energía:
Disipadores de fricción tipo PALL – Hospital San Juan de Dios de Armenia (Colombia)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Disipación de energía:
Disipadores de fricción tipo PALL – Hospital San Juan de Dios de Armenia (Colombia)
Aislamiento Sísmico (Seismic Isolation)
Aislamiento Sísmico de Estructuras
Dispositivos flexibles colocados en la base para desacoplar a la estr uctura del movimiento del suelo.
Aislamiento Sísmico de Estructuras Aislamiento Sísmico:
Sin Aislamiento
ConAislamiento
Aislamiento Sísmico de Estructuras Aislador elastomérico típico para edificios y puentes:
Plomo disipador de energía Capas de goma y acero Platina de montaje
Aisladores de caucho natural + Núcleo de plomo
AMORTIGUAMIENTO DEL 3% AL 20% DEL CRÍTICO
Aislamiento Sísmico de Estructuras EN UN EDIFICIO NUEVO:
Platinas y pernos de instalación
Aislamiento Sísmico de Estructuras EN UN EDIFICIO EXISTENTE:
IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores.
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Aislamiento Sísmico de Estructuras Ubicación de los aisladores:
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El Aislamiento Sísmico en Colombia
Aislamiento Sísmico de Estructuras Puentes La Estampilla - Manizales
1era estructura con aisladores en Colombia (Inaugurado en 2008) 10 aisladores por puente (20 en to tal)
Aislamiento Sísmico de Estructuras Puentes La Estampilla - Manizales 1.15 m
0.37 m
Cortesía: Gregorio Rentería Ingenieros S.A.
Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Cali
1er edificio con aisladores en Colombia (Inaugurado en 2011) 150 aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Cali
Aislador
Deslizador
Columna
Detalle de colocación de los aisladores en el sótano
Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Imba naco - Cali
2do edificio con a isladores en Colombia (Inaugurado en 2015) 106 aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Imba naco - Cali
Nivel de aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras Universidad Autónoma - Manizales
3er edificio con aisladores en Colombia (Inaugurado en 2014) 55 aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras Universidad Autónoma - Manizales
Aislamiento Sísmico de Estructuras Universidad de C aldas - Manizales
4to edificio con aisladores en Colombia (En curso….) 92 aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras Universidad de C aldas - Manizales
Aislamiento Sísmico de Estructuras Puente Gualanday – Vía a Ibagué
Puente más grande con aisladores en Colombia (Inaugurado en 2014) 12 aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras Puente Gualanday – Vía a Ibagué
Aisladores triple péndulo de fricción de las pilas
Aislamiento Sísmico de Estructuras Rehabilitación de una Clínica – Medellín
Modelo en ETABS 2013
Colocación de aisladores en un edificio existente (En curso….) 104 aisladores
Aislamiento Sísmico de Estructuras Rehabilitación de una Clínica – Medellín
Análisis Modal Espectral:
Estructura Original
Estructura Aislada
Periodo: 1.02seg.(1er Modo)
Periodo: 3.1seg.(1er Modo)
Deriva en X: 0.42%
Deriva en X: 0.16%
Deriva en Y: 0.51%
Deriva en Y: 0.12%
Cortante en X: 2485 ton
Cortante en X: 1339 ton
Cortante en Y: 2262 ton
Cortante en Y: 1346 ton
Nota: La reducción en el cortante sísmico de la estructura aislada es del orden de 46% (Dir X) y de 40% (Dir Y) comparado con el cortante de la estructura srcinal.
Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer)
92
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Platinas CFRP preformadas
Fibras/tejidos (carbono,vidrio)
Resina (polímero)
+
= Tejidos (CFRP,GFRP)
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Tejidos de fibra de carbono
Platinas de fibra de carbono
Cordón de fibra de carbono
Platinas de carbono presforzadas
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Equipo pesado
Flexo-compresión Cortante
Cortante
Flexión
Tejido CFRP
Esfuerzos en una estructura sometida a cargas verticales y de sismo
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Cortante
Cortante
Flexión Confinamiento
Cortante
Esfuerzos en una estructura sometida a cargas verticales y de sismo
96
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
vs
vs
97
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
vs
98
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
99
Aplicaciones con FRP…
Aumento de Cargas Verticales
100
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Edificio - Bogotá
Puente - Nemocón
101
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Platinas de carbono
Estadio - Barran quilla
102
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Puente Cocorná (1996) 1ra aplicación de FRP en Latinoamérica
103
Aplicaciones con FRP…
Actualización Sísmica
104
Edificio de apartam entos – Muros d e concreto
105
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
106
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
107
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
108
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
109
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Estadio - Bogotá
110
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Estadio - Cartag ena
111
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Estadio - Barranquilla
112
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Tanque - Ibagué
Escuelas del Distrito - Bogotá
113
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
114
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Chimenea de mampostería - Bogotá
115
Aplicaciones con FRP…
Errores de diseño o construcción - Baja resistencia a compresión del concreto
116
Reforzamiento de las columnas en un edificio (Baja resistencia a compresión)
117
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Columnas confinadas con tejido de fibra de carbono
118
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Colocación del tejido CFRP
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Disponible en Colombia…
Platinas de carbono tensionadas
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):
Platinas de carbono tensionadas, para reforzamiento estructural.
121
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Los componentes: Anclaje fijo
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Los componentes: Anclaje fijo
123
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Los componentes: Anclaje móvil
124
Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Los componentes:
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
La aplicación:
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Los componentes: Anclaje móvil
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Los componentes: Anclaje móvil
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Usos: Aumento capacidad sísmica
PANTALLAS:
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Usos: Aumento capacidad sísmica
4 un muros de 7 plantas y totalde demampostería, 33 platinas demás carbono tensionadas.
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Usos: Aumento de la luz entre columnas
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Usos: Aumento de la luz entre columnas
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Sistemas de Reforzamiento Estr uctural Platinas de carbono tensionadas:
Usos: Aumento de cargas verticales
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Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer) Guía de diseño norteamericana:
ACI 440.2R(2008)
Gracias
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