1 Republica bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la Educación Universitaria, Ciencia y Tecnología instituto Universitario de tecnología de Maracaibo (IUTM) PNF en Construcción Civil Integrantes: Díaz Emily Fernández Luis García Jordán Inciarte Daniela Maracaibo, Noviembre del 2016
2 El concreto es el material de construcción más utilizado en las sociedades industrializadas. Sus propiedades mecánicas y su poca necesidad de mantenimiento lo han hecho el material más competitivo entre todos. Sin embargo, en ambientes muy agresivos, su durabilidad se acorta debido a la corrosión de la armadura de acero.
3 Tomando en cuenta la imagen anterior podemos decir que el mantenimiento preventivo trabaja de la siguiente manera en cuanto a las estructuras de concreto armado, cuando vemos lo que es el punto de quiebre es ese el momento en el cual se puede presentar la presencia de alguna imperfección estructural que pueda perjudicar la capacidad y las condiciones de la edificación para la cual fue diseñada, pero cuando hablamos de mantenimiento preventivo nos referimos a que durante a la vida técnica de servicio o vida útil de la estructura se realiza una planificación de mantenimiento para prevenir los daños visibles y no llegar al punto de quiebre y de esa manera alargar o mantener la vida útil de la estructura eso una vez construida.
4 ESPECIFICACIONES Y NORMAS NORMA COVENIN 1753-87. Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones, Análisis y Diseño.
5 ESPECIFICACIONES Y NORMAS NORMA COVENIN 1753-87. - Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones, Análisis y Diseño.
6 Las estructuras de concreto son regularmente definidas como estructuras durables con un bajo costo de mantenimiento. Sin embargo, en las últimas tres décadas, se ha observado un incremento en agrietamientos y de laminaciones (desprendimiento del recubrimiento) de elementos de concreto relacionados con la corrosión de la armadura de acero en el ámbito mundial.
7 El deterioro de un concreto armado de buena calidad empieza normalmente después de 10 a 15 años. Los parámetros esenciales de los que depende la duración son: el valor mínimo de la resistencia característica, la relación agua/cemento mínima, el contenido mínimo de cemento; el espesor mínimo de la protección del acero. Las causas del deterioro se pueden resumir en dos categorías: CAUSAS INTERNAS - Mal proyecto o poca calidad en la elaboración - Incorrecta colocación (formación de nidos de grava) - Inadecuados procesos de curado
8 CAUSAS EXTERNAS -Causas mecánicas (lesiones causadas por esfuerzos; micro fisura ocasionada por dilatación/retracción; formación de hielo en la matriz y en los inertes). - Causas químico-físicas debidas a factores ambientales (mecanismos degradantes de naturaleza química, ocasionados por agua, aire y terreno: permeabilidad, difusividad fenómeno físico consistente el transporte de materia entre dos medios con distinta concentración, capilaridad, derrubio fragmentos desplazados por agentes atmosféricos)
9 Deterioro del concreto por carbonatación El recubrimiento que brinda el concreto a las varillas de acero, las protege física y químicamente de la corrosión. La solución en los intersticios (grietas) constituye un ambiente muy alcalino (con pH cercano a 13.5) que actúa como una cobertura anticorrosiva.
10 Por lo general, estas fallas pueden deberse a: Inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros. Grandes esfuerzos de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas. Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas, o a falla de cortante. Grandes esfuerzos en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados. Vibración torsional causada por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez. Punzonamiento de la losa de edificios construidos a base de losas planas, variación brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edificio Golpeteo entre edificios. Amplificación de los desplazamientos en la cúspide de los edificios. Grandes esfuerzos de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales.
11 Falla por inadecuada resistencia al cortante de los entrepisos debido a la escasez de elementos tales como columnas y muros. El colapso de los edificios se debe generalmente a la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte como son columnas y muros. Las fuerzas de inercia, cuya variación de la base hasta la cúspide del edificio es progresivamente creciente, generan fuerzas cortantes decrecientes desde la base hasta la cúspide, mismas que deben ser resistidas en cada nivel por el conjunto de dichos elementos verticales.
12 Falla frágil de cortante y tensión diagonal en columnas o en vigas. Es muy importante que las edificaciones cuenten con una capacidad de deformación suficiente para soportar adecuadamente la solicitación sísmica sin desmeritar, obviamente, su resistencia.
13 Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas o a falla de cortante. Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de esfuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.
14 Falla por adherencia del bloque de unión en las conexiones viga-columna debida al deslizamiento de las varillas ancladas o a falla de cortante. Con frecuencia, en las conexiones entre los distintos elementos estructurales se presentan elevadas concentraciones y complejas condiciones de esfuerzos, mismos que han conducido a distintos y numerosos casos de falla especialmente en las uniones entre muros y losas de estructuras a base de paneles, entre vigas y columnas en estructuras de marcos, entre columnas y losas planas, y entre columnas y cimentaciones.
15 Falla frágil en muros de cortante, sin o con aberturas, solos o acoplados. En los proyectos estructurales, los muros de cortante son destinados a resistir principalmente los esfuerzos producto de las fuerzas horizontales sísmicas. Ante esta solicitación, las fallas que suelen presentarse son en su unión con los sistemas de piso, por cortante horizontal o vertical, y por vuelco.
16 Falla por vibración torsional causada por la falta de coincidencia en planta del centro de masas con el centro de rigidez. La asimetría en la distribución en planta de los elementos estructurales resistentes de un Edificio causa una vibración torsional ante la acción sísmica y genera fuerzas elevadas en elementos de la periferia del edificio.
17 Falla de edificios a base de losas planas por punzonamiento de la losa Otro caso de falla de conexión se presenta en edificios de losas planas y se debe a una falla de punzonamiento producida por los elevados esfuerzos cortantes.
18 Falla por variación brusca de la rigidez a lo largo de la altura del edificio. Con frecuencia las plantas bajas de los edificios se construyen dejando el mayor espacio posible para permitir el paso o estacionamiento vehicular, mientras que los niveles superiores se construyen mediante sistemas de marco-muro, estando este último la mayoría de las veces confinado por el marco proporcionándoles a los pisos superiores una mucho mayor rigidez que la de planta baja.
19 Falla por golpeteo entre edificios. Si no existe una separación suficiente entre edificios adyacentes, su manera distinta de vibrar ante la solicitación sísmica conduce al golpeteo entre ellos produciéndoles severos daños.
20 Falla en columnas de pisos superiores por la amplificación de los Desplazamientos en la cúspide de los edificios. Al propagarse las vibraciones inducidas por el sismo desde la base hasta la cúspide de los edificios, se presentan amplificaciones de la vibración a lo largo de su altura, que se acentúan en sus niveles superiores, principalmente en edificios altos, lo que conduce a una elevada concentración de acciones internas que provocan el colapso de una parte del edificio a partir de determinada altura.
21 Falla frágil de cortante en columnas acortadas por el efecto restrictivo al desplazamiento causado por elementos no estructurales. La interacción entre elementos no estructurales, tales como muros divisorios de mampostería, y las columnas de marcos de concreto, provoca concentraciones de fuerza cortante en los extremos libres de las columnas, mismas que tienden a fallar frágilmente por cortante.
22 Reparación de Estructuras Las estructuras dañadas por efectos del sismo deben ser evaluadas y reparadas de tal manera que se corrijan los posibles defectos estructurales que provocaron la falla y recuperen la capacidad de resistir un nuevo evento sísmico, acorde con los objetivos del diseño sismo resistente. Reforzamiento de Estructuras El Reforzamiento de estructuras está dirigido a incrementar la capacidad de carga y serviciabilidad de una estructura. Se realiza cuando existen nuevas solicitaciones o errores en el diseño o defectuosa mano de obra durante el proceso constructivo.
23 MÉTODOS DE REFORZAMIENTO ESTRUCTURAL
24 REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO DE COLUMNAS 1.- Para reparar columnas con grietas ligeras (con anchos de 0.1 a 0.5mm), sin daño en el concreto ni en el refuerzo, son aplicables inyecciones de resinas epóxicas.
25 2.- Para mejorar las resistencia sísmica de una edificación aumentando la capacidad sismo resistente de sus columnas (Reforzamiento de columnas), se usan los siguientes métodos: A.- Incrementando la ductilidad de las secciones de columnas evitando la falla frágil por fuerza cortante. B.- Compensación de las rigideces de las columnas. Este método puede aplicarse donde la distribución de fuerza cortante es desigual debido a la existencia de muros de relleno. Se puede lograr de la siguiente manera: Separando o trasladando los muros no estructurales. B.- Compensación de las rigideces de las columnas. Este método puede aplicarse donde la distribución de fuerza cortante es desigual debido a la existencia de muros de relleno. Se puede lograr de la siguiente manera: Separando o trasladando los muros no estructurales. C.- Aumentando la capacidad de Flexión de las columnas. Se puede lograr de la siguiente manera. Aumentando el refuerzo longitudinal de la flexión. C.- Aumentando la capacidad de Flexión de las columnas. Se puede lograr de la siguiente manera. Aumentando el refuerzo longitudinal de la flexión.
26 REPARACIÓN Y REFUERZO DE VIGAS Para la reparación de vigas dañadas con grietas ligeras se aplican inyecciones epóxicas o lechadas de cemento. Cuando los daños son mayores se realiza operaciones de remoción o reposición. Primeramente deberán apuntalar temporalmente la viga dañada. El proceso de reparación en vigas es similar al de columnas. La envoltura de concreto armado puede realizarse añadiendo concreto a uno y hasta los cuatro lados de la viga.
27 REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO DE MUROS DE CORTE Debido a su gran rigidez lateral y resistencia, los muros de corte otorgan la parte mas significativa de la capacidad sísmica de la edificación. Por consiguiente un muro de corte dañado o pobremente diseñado debe ser reparado o reforzado para mejorar su resistencia.
28 REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO DE MUROS DE CORTE TIPO DE CONSTRUCCION PARA REFORZAMIENTO DE MUROS DE CONCRETO ARMADO.
29 REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO DE MUROS DE CORTE TIPO DE CONSTRUCCION PARA REFORZAMIENTO DE MUROS DE CONCRETO ARMADO.
30 En este caso es más notable que el mantenimiento a realizar debe ser más cuidadoso y exigente ya que el acero estructural en presencia de corrosión es muy vulnerable ahora los métodos de mantenimiento del acero estructural en condiciones corrosivas.
31 ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICACIONES. MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES (1ra Revisión) Código : 1618-98 Año: 1998-12-09 Tipo: NORMAS Origen: COVENIN Status: Vigente Especialidad: ACERO/ CONSTRUCCION. Información : El CONSEJO SUPERIOR DE FONDONORMA, en su reunión No.11-98 del día 9 de Diciembre de 1998, aprobó la presente Norma, elaborada por la Comisión Permamente de Normas para Estructuras de Edificaciones del Ministerio del Desarrollo Urbano (MINDUR), como la Norma Venezolana COVENIN 1618-98 titulada ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICACIONES.MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITES, siendo ésta su primera versión. ESPECIFICACIONES Y NORMAS
32 DETERIORO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO Agresiones biológicas Algunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrógeno-dependientes que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su accionar está asociado al pitting (picodo) del oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio.
33 DETERIORO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO Agresiones físicas La acción del fuego sobre el acero modifica la plasticidad del mismo y con ello se rompe el equilibrio de las tensiones de trabajo previstas, con lo que se origina una pérdida de la estabilidad de la estructura. La temperatura a partir de la cual aparece el fenómeno de plasticidad, permite valorar la resistencia al fuego de los elementos estructurales.
34 DETERIORO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO Agresiones químicas La corrosión es definida como el deterioro de un material metálico a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción química (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, la salinidad del fluido en contacto con el metal y las propiedades de los metales en cuestión.
35 DETERIORO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO Corrosión electroquímica o polarizada La corrosión electroquímica se establece cuando en una misma superficie metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre si en donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella donde se verifica el potencial de oxidación(este término ha quedado obsoleto, actualmente se estipula como potencial de reducción) más bajo, llamado área catódica.
36 DETERIORO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO Corrosión por oxígeno Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxígeno diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión elevada ( ejemplo: calderas de vapor).
37 DETERIORO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO Corrosión microbiológica Algunos microorganismos, como las ferro bacterias, son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Corrosión por presiones parciales de oxígeno El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila.
38 DETERIORO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO Corrosión galvánica Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre si actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga el potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción mas positivo procederá como una reducción. Corrosión por actividad salina diferenciada Este tipo de corrosión se verifica principalmente en elementos estructurales cercanos a un medio marino (estaciones petrolíferas
39 FALLAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO Pandeo. Probablemente la causa que con mayor frecuencia ha provocado la falta de estructuras metálicas es el pandeo de algunos de sus elementos de la construcción en conjunto. Daños en Conexiones Los defectos en las uniones entre los elementos de una estructura o de ésta con sus apoyos han sido causa de frecuentes fallas en construcciones metálicas.
40 FALLAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO Falla Frágil. Bajo determinad circunstancias una estructura puede fallar en forma repentina, sin muestras de deformación previa y a esfuerzos mucho más bajos a los que, en teoría, debieran producir la falla. Factores que influyen en la falla frágil son: presencia de muescas, temperatura de servicio, estados de esfuerzos, espesor y composición química.
41 FALLAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO Fatiga. La falla por fatiga se presenta en tres etapas: Se inicia una grieta microscópica, se propaga la grieta hasta su tamaño crítico y se excede la resistencia del elemento agrietado y se produce la falla. Vibraciones. Una estructura falla cuando de jade servir a los fines a que fue destinada Una vibración excesiva
42 FALLAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO Corrosiones La corrosión es un proceso espontáneo y continuo que afecta a un material –en este caso el acero- como una serie de alteraciones físico químicas por la acción de agentes naturales.
43 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Para reforzar una estructura hay que tener presente que la estructura ya está sometida a unas determinadas cargas (normalmente permanentes) y por lo tanto el refuerzo actúa sólo en las cargas que se apliquen después, generalmente sobrecargas de uso.
44 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO - Durante la ejecución del refuerzo no deben producirse debilitamientos en la estructura o elementos que puedan conducir a la rotura. - En caso de emplear soldadura, las piezas no deben calentarse excesivamente ya que la resistencia del acero disminuye. Al diseñar un refuerzo, el objetivo principal es evitar que la sección más desfavorable del elemento esté al límite de su capacidad resistente, comprobando que cumple todas las condiciones de comportamiento y prestaciones funcionales, tales como: esfuerzos axiales (tracción y compresión), cortante, momento flector y momento torsor.
45 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Disminución de las solicitaciones Este procedimiento se realiza independientemente de la estructura a reforzar, por lo que en principio no plantea ningún problema especial. Apuntalamiento de una viga Éste es uno de los casos típicos, por ejemplo, el caso de la diagonal de un arriostra miento contra-viento.
46 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Nuevo sistema de vigas Éste es un sistema similar al de apuntalamiento, aplicable a todas las piezas que trabajan a compresión, o a las traccionadas cuando tengan una esbeltez excesiva. Es empleado especialmente en el caso de un emparrillado de vigas, en los que el apoyo puede producirse sobre una viga o sobre viguetas.
47 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Refuerzo de las secciones Se estudia el refuerzo de secciones en los dos elementos típicos de una estructura: -Las vigas. Elementos solicitados generalmente a momento flector y a esfuerzo cortante. Vigas Metálicas -Los soportes. Elementos solicitados predominantemente a esfuerzos axiles. Soportes Metálicos - Uniones roblonadas, atornilladas y soldadas. Uniones
48 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Vigas metálicas Refuerzo de las alas. Momento Flector El método de refuerzo más eficaz es la colocación de PLATABANDAS en las cabezas, a lo largo de de una longitud equivalente a la longitud teórica (del diagrama de momentos) más dos veces el ancho de la chapa (una para cada lado), para permitir el anclaje. En caso de que existan otros elementos por encima (forjados, cubiertas, etc.) habrá que recurrir a colocar el refuerzo por debajo del ala superior.
49 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Refuerzo de las almas. Esfuerzo Cortante El medio más común es el de adosar CHAPAS del espesor necesario. Lo ideal es colocar una a cada lado para mantener la simetría, pero se suele colocar una sola chapa de espesor doble, para acceder sólo por un lateral y reducir los cordones de soldadura. En caso de que el material no sea soldable será necesario acceder a las dos caras para los tornillos, así que se coloca una chapa a cada lado.
50 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Refuerzo de la sección Resulta económico y eficaz el refuerzo mediante el aumento de canto de la viga mediante un perfil en T, obtenido a partir de un doble T, con MEDIOS PERFILES de I o H. En caso de que el acero no sea soldable el refuerzo se solidarizará mediante tornillos, o con la sustitución de algún elemento de la sección por otro de mayor área.
51 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO SOPORTES METALICOS El procedimiento habitual es el de adosar CHAPAS o PERFILES. La posición del refuerzo dependerá de la sección transversal y de la posición de las vigas, interesando siempre tener el cordón de soldadura alejado del eje del pilar, de modo que resista más la compresión y los posibles flectores.
52 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Uniones roblonadas y atornilladas En uniones roblonadas es frecuente que se presenten problemas de corrosión, con la formación de gruesas capas de óxido entre los elementos que componen la sección. El aumento de volumen separa las piezas, rompiendo los roblones por tracción. En estos casos, el método más sencillo es sustituir los roblones o tornillos por TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA del mismo diámetro, preferentemente con tornillos de calidad 8.8, siempre que el aumento de carga pueda ser absorbido por los tornillos y por la base.
53 REPARACIÓN Y REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE ACERO Uniones soldadas Aumento del canto mediante ménsula Para cordones de soldadura en ángulo, el refuerzo habitual es el AUMENTO DE LONGITUD DEL CORDÓN o el grosor del cuello de soldadura, teniendo en cuenta las limitaciones de la normativa MV 130- 72 y MV 104-66. Celosías La celosía se compone de elementos que están trabajando con esfuerzos axiles, de modo que se aplica lo anterior: los traccionados se refuerzan con aumento de sección y los comprimidos se resuelven con aumento de sección y disminuyendo sus luces.
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