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Reforzamiento y Actualización Sísmica de Estructuras

Ing. Jorge Rendón

rendon.jorge@co.sika.com

Junio de 2016

Jorge Alberto Rendón Ospina

• Ingeniero Civil. Universidad Nacional de Colombia, Manizales. 1992.

• Especialización en Estructuras. Building Research Institute, Japón. 1998.

• Curso en Diseño Estructural. Instituto de Ingeniería Sísmica IZIIS,Macedonia. 2000.

• Miembro del Comité ACI440, Reforzamiento de Estructuras conMateriales Compuestos FRP.

• Ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia S.A. desde2001.

• Experiencia de 22 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.

¿Por qué reforzar las estructuras?

1950 2016

Aumento de cargas verticales

Sección insuficiente de vigas y columnas

Acero de refuerzo insuficiente

Baja resistencia a compresión del concreto

Deterioro en el tiempo, incendio, impacto, etc.

Actualización sísmica.

Sismo en Chile Febrero 27 2010

Sismo en Baja California Abril 4 2010 Sismo en China Abril 14 2010

Sismo en Haití Enero 12 2010

Sismo en Japón Marzo 11 2011

Actualización Sísmica

1. Arriostramientos 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 externo

9. Materiales Compuestos FRP

10. Disipadores de energía

11. Aislamiento sísmicoMODIFICAN LA RESPUESTA

Sistemas de Reforzamiento Estructural

Arriostramientos Metálicos (Steel Bracing)1

Pantallas en concreto reforzado (RC Walls)2

Encamisado en concreto reforzado (RC jacketing)3

Encamisado en acero (Steel jacketing)4

Platinas metálicas (Metallic plates)5

Adición de perfiles metálicos (Metallic members)6

Contrafuertes (Buttressing)7

Postensionamiento externo (Postensioning)8

Disipadores de Energía (Dampers)9

Aislamiento Sísmico (Seismic Isolation)10

Materiales Compuestos FRP (FRP)11

1. Arriostramientos metálicos

2. Pantallas en concreto reforzado

3. Encamisado en concreto reforzado

4. Encamisado en acero

5. Platinas metálicas

6. Adición de perfiles metálicos

7. Contrafuertes

8. Postensionamiento externo

9. Materiales Compuestos FRP

10. Disipadores de energía

11. Aislamiento sísmicoMODIFICAN LA RESPUESTA

Sacudida

Severa

Comportamiento de una estructura durante un sismo

Hay que controlar:1. Desplazamientos Laterales

2. Esfuerzos en vigas y columnas

Comportamiento de las estructuras reforzadas

Ductilidad

ResistenciaReforzamiento basado en aumento de resistencia y rigidez

Reforzamiento basado en aumento de ductilidad

Reforzamiento basado en aumento de resistencia y ductilidad

Estructura original

Comportamiento de las estructuras reforzadas

Ductilidad

Resistencia

Reforzamiento basado en aumento de resistencia y rigidez

Reforzamiento basado en aumento de ductilidad

Reforzamiento basado en aumento de resistencia y ductilidad

Estructura original

Arriostramientos Metálicos

(Steel Bracing)

Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos

Arriostramientos Metálicos:

Clínica del Parque - Armenia

Hospital de Caldas - Manizales

Edificio de oficinas – Bogotá

Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos

Tipos de Arriostramientos Metálicos

Arriostramiento metálico tipo K – Japón

Conexión Indirecta

Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999)

Espiral No2 C 5 cm

Barras soldadasal arriost. metálico

Estructura metálica

Resina epóxica estructural

Sección existente

Barra de anclaje

marco perimetral

Fabrica Café Liofilizado – Chinchiná (1999)

Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999)

Pantallas en Concreto Reforzado

(Reinforced Concrete Walls)

Catedral de Manizales (2004)

Pantallas:

Catedral de Manizales (2004)

Edificios en Cali (2005)

Pantallas:

Encamisado en Concreto Reforzado

(Reinforced Concrete Jacketing)

Encamisado de columnas

Encamisado de vigas

Encamisado en concreto reforzado:

Tanque de Vitelma – Bogotá (2006)

1) Preparación de la superficie

2) Colocación del nuevo acero de refuerzo

3) Colocación del puente de adherencia

4) Colocación de la formaleta

5) Colocación del concreto sin retracción

Encamisado terminado

Mortero de reparación

Remate del encamisado de la columna

Sistema Drypack

Encamisado en Acero

(Steel Jacketing)

Material de relleno: Adh. epóxico, grout ó concreto sin retracción

Camisa metálica

Soldadura

Espesor del material de relleno Material sugerido

Hasta 0.5 cm Adhesivo Epóxico

Hasta 5 cm Grout

Más de 5 cm Concreto sin retracción

Encamisado en acero:

Universidad en Bogotá (2008)

Postensionamiento Externo

(Postensioning)

Postensionamiento externo de las vigas longitudinales

Desviador

Postensionamiento Externo:

2 cables con dos torones de ½” cada uno

SikaGrout 300 PT

Disipadores de Energía

(Energy Damping)

Disipación de energía:

Sistemas Pasivos de Disipación de Energía

1. Metálicos (Metallic Yielding Dampers)

Fricción (Friction Dampers)

2. Viscoelásticos (Viscoelastic Dampers)

Solid Viscoelastic Fluid Viscoelastic

Fluid viscous

PallSlotted Bolted

Honeycomb ADAS TADASUnbonded Braces

Zoran’s

3. TMD (Tuned Mass Damper)

Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA)

Sin disipadores Con disipadores

Con el sismo de Armenia – Colombia 1999

41% de reducción en el cortante

Max: 5559 Ton Max: 3263 Ton

Cortante sísmico en la base sindisipadores

Cortante sísmico en la base condisipadores

Disipadores de fricción tipo PALL – Hospital San Juan de Dios de Armenia (Colombia)

Aislamiento Sísmico

(Seismic Isolation)

Dispositivos flexibles colocados en la base para desacoplar a la estructura del movimiento del suelo.

Aislamiento Sísmico de Estructuras

Aislamiento Sísmico:

Sin Aislamiento Con Aislamiento

Aislador elastomérico típico para edificios y puentes:

Aisladores de caucho natural + Núcleo de plomo

Plomo disipador de energía

Capas de goma y acero

Platina de montaje

AMORTIGUAMIENTO DEL 3% AL 20% DEL CRÍTICO

HAY QUE TENER EN CUENTA:

Platinas y pernos de instalación

HAY QUE TENER EN CUENTA:

IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores.

1. Tipo de suelo

Suelo duro Suelo blando

Disipadores

Aisladores más grandes

3. Ubicación de los aisladores

Historia del Aislamiento Sísmico:

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

.Knossos, 2000 a.c.

Palacio de Knossos – Grecia (2000 A.C.)

Capa de arena fina

Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico

.Roma, 70 d.c.

El Coliseo Romano (70 D.C.)

Piedras pequeñasPiedras medianasArcilla (capa gruesa)

El Primer Edificio con Aisladores de Goma

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia

Macedonia

El Primer Edificio con Aisladores de Goma:

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

El Primer Edificio con Aisladores de Goma:

La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969)

54 aisladores de goma natural, de 70 x 70 cm, 20 cm de alto

Primer edificio con Aislamiento Sísmico en Colombia

Clínica Comfandi – Cali (2009)

Clínica Comfandi(2008-2009) - Colombia

Clínica Comfandi - Colombia

Detalle de colocación de los aisladores en el sótano

Columna

Aislador Deslizador

Materiales Compuestos FRP

(Fiber Reinforced Polymer)

Fibras/tejidos(carbono,vidrio)

Platinas CFRPpreformadasResina

(polímero)

Tejidos(CFRP,GFRP)

Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer):

Materiales Compuestos FRP (Fibre Reinforced Polymer)

Usos importantes:

Platinas de carbono Sika CarboDur:

Tejidos SikaWrap:

Sistema Sika CarboDur

July 201597 Reforzamiento de estructuras de concreto mediante FRP

Vidrio Basalto AramidaCarbono

RESISTENCIAS ÚLTIMAS

5000 MPa

4000 MPa

3000 MPa

2000 MPa

1000 MPa

RESISTENCIA DEL FRPCOMPARATIVA ENTRE DISTINTAS FIBRAS

RESISTENCIA DE CÁLCULO

“…No he fracasado 999 veces, he encontrado 999 maneras de cómo no hacer la

bombilla eléctrica…”

INTRODUCCIÓNLOS ORÍGENES DE LA FIBRA DE CARBONO

Los orígenes de la fibra de carbono se localizan a finales del siglo XIX. El famoso inventorThomas Edison, desarrolló fibras de carbono incipientes a a base de fibra de bambú comofilamentos para los primeros desarrollos de las bombillas eléctricas.

Esfuerzos en una estructura sometida a cargas verticales y de sismo

Tejido CFRP

Equipo pesado

Cortante

Flexo-compresión

Flexión

Cortante

Esfuerzos en una estructura sometida a cargas verticales y de sismo

Cortante Cortante

Flexión

Confinamiento Cortante

Aumento de Cargas Verticales

Aplicaciones con FRP…

Losa maciza - Bogotá

Puentes Av. 68 Calle 26 - Bogotá

Puente - Nemocón

Edificio - Bogotá

Platinas de carbono

Puente Pumarejo (2011)

Puente Cocorná (1996)

1ra aplicación de FRP en Latinoamérica

Actualización Sísmica

Edificio de apartamentos – Muros de concreto (Mayo 2010)

Estadio de Techo - Bogotá

Estadio Jaime Morón - Cartagena

Estadio Metropolitano - Barranquilla

Tanque - Ibagué

Escuelas del Distrito - Bogotá

Iglesia de Quimbaya - QuindíoIglesia de Nobsa - Boyacá

Universidad de CartagenaChimenea U.Distrital- Bogotá

Errores de diseño o construcción

- Sección insuficiente de vigas o columnas

- Baja resistencia a compresión del concreto

Reforzamiento de las columnas en un edificio (Baja resistencia a compresión)

Columnas confinadas con SikaWrap 300C

Colocación del SikaWrap 300C

Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer)

Guía de diseño norteamericana:

ACI 440.2R(2008)

Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer)

Programas de Cálculo: ACI 440.2R-08 NUEVO

JUNIO DE 2016, ING. JORGE RENDÓNSIKA COLOMBIA, TM REFURBISHMENT

SISTEMA SIKA CARBOSTRESS

SISTEMA SIKA CARBODUR

Tejidos SikaWrap Platinas Sika CarboDur

Platinas tensionadas Sika CarboStress

Sika CarboDur BC Rods

� DESCRIPCIÓN

Platinas de carbono tensionadas, para reforzamiento estructural.

� Los componentes:

Anclaje móvil Anclaje fijo

� Los componentes: Anclaje fijo

� Los componentes: Anclaje móvil

� Características técnicas:

� StressHead®

� Tipo StressHead® 220

� Material CFRP

� Peso 550 g

� Dimensión Ø 80 x 110 mm

� Lámina

� Tipo Sika CarboDur® S626

� Material CFRP

� Dimensión 60 x 2.6 mm

� Adhesivo epóxico SikaDur® 30

� Características técnicas:

� Características del sistema

� Fuerzo de tensado FP0 = 220 kN

� Fuerza anclada garantizado FPsk,min = 300 kN

� Tensión de postensado σP0 = 1‘410 N/mm2

� Deformación de la fuerza de postensado εP0 = 0.85 %

� Características de la lámina Sika® CarboDur® S626

� Sección transversal Aeff = 60x2.6 = 156 mm2

� Resistencia a tracción fu = 2'800 N/mm2

� Modulo elástico E = 170 kN/mm2

� USOS:

Aumento de cargas verticales

Mejor desempeño sísmico

Cambio de uso: aumento en la longitud de la luz

� USOS:

Cambio de uso: Eliminación de muros

� USOS:

Cambio de uso: Eliminación de columnas

� USOS:

Aumento de la capacidad sísmica

GraciasGracias

rendon.jorge@co.sika.com

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