pm charla 03 refuerzos

RELATOR: CARLOS PEÑA L. FECHA: AGOSTO 2014

El material que a continuación se presenta ha sido desarroll ado con el único fin de apoyar la labor deIngenieros Estructurales que cuenten con sólidos conocimi entos en el tema del diseño estructural sismo-resistente de acuerdo con la normativa nacional vigente y al estado del arte actual de la profesión.

© Queda prohibida la reproducción parcial o total del materi al que a continuación se presenta sin laaprobación formal de P&M Structural / Seismic Engineering.

REFUERZOS

CARLOS PEÑA LÓ[email protected] ,

www.pymse.com .

CONCEPTOS

RELATOR: CARLOS PEÑA L.

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El aumento de la rigidez o resistencia de unelemento que forma parte del sistemasismo-resistente de una estructura,mediante la incorporación de un refuerzo,puede causar una disminución de laductilidad local y global, comprometiendo eldesempeño sísmico de la estructura.Al incorporar «mejoras» debe tenerseespecial cuidado en no transformar unmecanismo de colapso generalizado oglobal en uno parcial o local.


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Q.E.P.D.

«Refuerzo»

Mecanismo de colapso antes del

refuerzo

Mecanismo de colapso después

del refuerzo

Ductilidad global antes del refuerzo

Ductilidad global después del refuerzo

Evento sísmico severo


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PrecargaEntenderemos como “precarga”, para efectos de este documento, al estado tensionaly de deformación presente en la estructura en estudio al momento de realizar lainstalación de elementos estructurales nuevos o refuerzos. Consecuentemente, serádesde esta condición-posición que los elementos nuevos podrán desarrollar suspropias deformaciones y trabajo de apoyo a los elementos originales.

Claramente, el mejor escenario para realizar una intervención beneficiosa será lacondición de “precarga mínima” que pueda lograrse, especialmente si se logra unadescarga total de la estructura o del sector a mejorar. En la generalidad de los casospodrá realizarse la intervención en ausencia de cargas vivas y cargas extremas. Sinembargo, las cargas muertas tienden a permanecer durante la ejecución de lostrabajos. Recordemos que las cargas muertas en una estructura en operación nosólo corresponden al peso estructural, sino también al de todos los elementos noestructurales y equipos. Por tanto, no necesariamente esta condición de “precargamínima” se trata de solicitaciones pequeñas en comparación a la resistenciaestructural.

Por lo anterior, el diseño del mejoramiento debe ser realizado para una únicacondición de precarga, sea cual sea esta, variando tanto el tipo como magnitud delmismo en la medida que esta condición de precarga cambie.

REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGON ARMADO


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Filosofía de mejoramiento

En general, al momento de decidir la incorporación de “mejoramientos” en unaestructura existente se presentan varias opciones.

Uno de los aspectos más importantes dice relación con el nivel de exigencia objetivopara el cual se realiza el mejoramiento, ya que se debe compatibilizar de buenaforma el nivel de riesgo que se desea asumir y los costos asociados a dichomejoramiento.

Como concepto básico, si se trata de un mejoramiento-mantención que apunta amantener invariante la vida útil original de la estructura (fecha de “caducidad”) con unriesgo uniforme (probabilidad de excedencia de la solicitación en la vida útil), losarreglos probablemente deberán diseñarse para exigencias menores que lasoriginales (vida útil remanente menor que la original). Por el contrario, si se deseamejorar el nivel de desempeño de la estructura (disminución de riesgo en el periodode exposición) debido tanto a requerimientos de modificación de la normativa originalcomo a nuevas necesidades del dueño, probablemente será necesario diseñar paraexigencias mayores que las originales.


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Confinamiento de columnas con encamisado de acero


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Confinamiento de columnas con encamisado de hormigón


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Confinamiento de columnas con encamisado de materiales compuestos

Fibra de vidrio de alta resistencia y epóxico.

Fibra de carbono y epóxico.


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Extensión de encamisado para “bajas” compresiones


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Aumento de rigidez por efecto del encamisado para confinamiento

La inclusión de elementos (confinamientos o aumento de sección) de hormigón oacero, que mejoren tanto la resistencia como la ductilidad de columnas de marcos demomento, implica cambios en las propiedades de rigidez de las secciones originales.

Por lo general hablaremos de incrementos no despreciables en la rigidez flexural delos elementos, los cuales consistentemente conducirán a un aumento de lassolicitaciones sísmicas elásticas de diseño.

Si bien las variaciones dependen del tipo de confinamiento, extensión, espesor, etc.,los cambios de rigidez suelen encontrarse dentro de los rangos indicados en la tablasiguiente.


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Reducción de desplazamientos


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Reducción de esfuerzos en viga


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Reducción de esfuerzos en fundaciones


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Mejoramiento flexural y de corte en vigas de puentes


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Mejoramiento de nudos y juntas


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Mejoramiento de fundaciones


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REPARACIONES TIPICAS


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REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE ACERO


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Datos del problema:

Sección IN30x41.3, Acero ASTM A36, empotramiento en los extremos, longitud noarriostrada 1m, y longitud total 10m.

Solicitaciones: D = 500 kg/m L = 1000 kg/m

Análisis elástico

12

2lqM e =

24

2lqM c =

12

2lqM e =


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cmtlq

M

cmtlq

M

mtqqq

LDU

uuc

uue

LDu

91724

183312

2.26.12.1

6.12.1

2

2

==

==

=+=

+=

H 300 mm

B 150 mm

e 12 mm

t 6 mm

A 52,6 cm2

rx 12,7 cm

ry 3,6 cm

Sx 568 cm3

Sy 90 cm3

Zx 633 cm3

Zy 137 cm3

J 19 cm4

Cw 140071 cm6

Lp 177 cm

Lr 560 cm

B

H X Xt

e

λr λp

Alas 6,25 24,52 10,68 Compacto

Alma 46,00 160,26 105,72 Compacto

Seccion

Flexión X-X

Compacta

Flexión X-X

φb 0,90

Cb 1,00

Myx 1437 t cm

Mpx 1601 t cm

φb Mnx 1441 t cm

FUbe 1,27

FUbc 0,64


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El análisis presentado corresponde a un análisis estructural tradicional lineal elásticoque define las cargas de diseño y luego las compara con las resistencias disponiblespara decidir la aceptación del elemento en estudio. En este escenario, claramente laestructura no cumple, ya que un exceso del 27% no resulta aceptable. Desde estepunto de vista aplica la definición de refuerzos u otra solución similar.

Este es el tipo de análisis que se desarrolla en casi la totalidad de los casosprácticos. Sin embargo, en algunas ocasiones y bajo circunstancias definidas,podemos avanzar un paso hacia adelante en la búsqueda de una mejor definición delos riesgos de falla asociados.

La estructura en estudio cuenta con algunas características claves que determinanun mayor nivel de seguridad que la generalidad. Por una parte, la estructura presentados grados de hiperestaticidad, y por otra, la «falla» se concentra en un sector queclasifica como compacto (plástico) para la solicitación que «excede». Estas doscondiciones en conjunto indican que la estructura tiene la capacidad de redistribuir lacarga excedente (una vez producida la plastificación correspondiente) manteniendosu estabilidad. El limite del comportamiento aceptable entonces estará dado por elinstante en que la estructura no cuente con hiperestaticidad y en consecuencia suestabilidad se encuentre comprometida.


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Consideremos el mismo problema anterior y desarrollemos un análisis estructuralinelástico de acuerdo a la normativa vigente.

Es importante entender que los análisis y diseños plásticos en el caso de estructurasde acero se encuentran explícitamente permitidos y cubiertos por la normativatradicional AISC. Ya en su Especificación ASD89, AISC presentaba los conceptos yrequisitos básicos de este tipo de diseño, los cuales han sido recogidos en todas lasediciones de los manuales de diseño del Instituto Chileno del Acero (ICHA).Actualmente, la Especificación ANSI/AISC 360 en su Anexo 1, define un marco deuso muy completo para los análisis de este tipo. Son estos los requisitos en los quenos centraremos.

Análisis inelástico


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Existen dos requisitos generales que no provienen directamente de la teoría plástica,sino de condiciones prácticas. El primero de ellos es que sólo se permite el diseñoplástico en conjunto con el método LRFD. Si bien, se pueden derivar fácilmentecondiciones equivalentes para el buen uso del método ASD, resulta bastante másconsistente y directa la aplicación de condiciones en estado últimas. El segundoindica que la resistencia que se asigne a las rotulas plásticas (compresión, tracción,flexión fuerte, flexión débil) debe ser el 90% del valor teórico basado en la fluencianominal. Este requisito conduce por una parte a la aceptación directa de la secciónque plastifica (en general φ=0.9 para las rótulas axiales y flexurales), y por otra a unaredistribución conservadora de los esfuerzos en los sectores elásticos.

24

21

1

lqM u

cu =

12

21

1

lqM u

eu =

cmtlq

MmtqcmtM

lqM

mtqqq

ucuup

ueu

LDu

72124

73.1144112

2.26.12.1

21

11

21

1 ==⇒=⇒===

=+=

φ


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8

2lqM u

uc

∆=∆

05888

47.02

1 =∆=∆=∆=−=∆ ueu

ucuuu Mcmtlq

Mmtqqq

Una vez que se ha producido la rótula plástica (dos lugares simultáneamente en elcaso anterior), la estructura responderá para el adicional de carga como unaestructura que no presenta rigidez en los GDL correspondientes. Cuando se produceuna nueva plastificación el proceso se repite.

cmtMMMcmtMMM uccuucueeuue 13091441 11 =∆+==∆+=

FUbe 1,00

FUbc 0,91

De lo anterior, vemos que la estructura presentada cumple. En consecuencia noaplica la definición de refuerzo alguno.


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En cuanto a la definición de las deformaciones tenemos lo siguiente.

cmtMcmtlq

Mmtqqq y

aaeLDa 14371250

125.1

2

=<==⇒=+=

Como la estructura se encuentra razonablemente dentro del rango elástico, laevaluación de las deformaciones puede realizarse consistentemente.

Claramente el caso presentado corresponde a un problema suficientemente simplecomo para ser resuelto «a mano», situación que sin duda no representa a la prácticahabitual de la profesión. Sin embargo, ilustra la forma en que este problema debieraser resuelto. Actualmente los softwares comerciales de análisis estructural incorporanopciones que permiten realizar estos procesos de maneras muy simple, usualmentemediante métodos incrementales. Por lo tanto, en aquellos casos en que se prevéque estas redistribuciones son posibles, resulta altamente recomendable verificarlas.


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Los análisis presentados no sólo dan cuenta de la resistencia inelástica que posee laestructura, sino de la forma más eficiente de reforzarla en caso de ser necesario.

El análisis elástico no deja opciones, debe resolverse el problema en los apoyos.Esta situación no parece del todo simple para el caso específico que se considera.

El análisis inelástico sin embargo, plantea que en el caso que las solicitacionesaumenten, llevando a la estructura más allá de su resistencia actual, el sector centralpasa a ser una alternativa mejor que los apoyos. Esto es, permitir la plastificación delos extremos y reforzar el sector al cual las cargas se redistribuirán posteriormente.

Esta metodología se encuentra muy desarrollada en los estudios de colapsoprogresivo de estructuras.

Discusión sobre refuerzo


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Refuerzo elástico

Datos del problema:

Sección IN35x71.3, Acero ASTM A36, apoyo en los extremos, longitud no arriostraday total 10m.

Solicitaciones originales: D = 500 kg/m L = 500 kg/mSolicitaciones finales: D = 500 kg/m L = 1000 kg/m

8

2lqM =


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H 350 mm

B 200 mm

e 18 mm

t 6 mm

A 90,8 cm2

rx 15,4 cm

ry 5,1 cm

Sx 1223 cm3

Sy 240 cm3

Zx 1343 cm3

Zy 363 cm3

J 80 cm4

Cw 661500 cm6

Lp 254 cm

Lr 889 cm

λr λp

Alas 5,56 23,74 10,68 Compacto

Alma 52,33 160,26 105,72 Compacto

Seccion

Flexión X-X

Compacta

Fy 2,53 t/cm2

Ωb 1,67

Myx 3095 t cm

Mpx 3398 t cm

Lb 10,0 m

qD 0,500 t/m

qL 0,500 t/m

qa 1,000 t/m

Mac 1250 t cm

fb 1,022 t/cm2

Cb 1,14

Mnx 2146 t cm

Mnx / Ωb 1285 t cm

Fb 1,050 t/cm2

FUbc 0,97

Original

Lb 10,0 m

qD 0,500 t/m

qL 1,000 t/m

qa 1,500 t/m

Mac 1875 t cm

fb 1,533 t/cm2

Cb 1,14

Mnx 2146 t cm

Mnx / Ωb 1285 t cm

Fb 1,050 t/cm2

FUbc 1,46

Final

De acuerdo a los resultados que se tienen, la viga cumple sin inconvenientes para elcaso original. Sin embargo, para el caso final se encuentra fuera del rango aceptable.En relación a una posible redistribución de esfuerzos inelásticos. La viga no cuentacon redundancia ni falla por plastificación, por lo que no es posible generar unaganancia a través de un análisis inelástico.


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cmtMb

n 1285=ΩcmtM ac 1875=

Zona de requerimiento de refuerzos

METODOLOGIA DE REFUERZO POR INCORPORACION DE MATERIAL (TIP ICA)

La manera usual de definir refuerzos en la práctica es suponer que el materialadicional que se incorpora no modifica las condiciones de estabilidad del elementooriginal, por lo tanto Fb permanece invariante tanto para el material base como parael refuerzo, que trabaja de forma idéntica al material base.

31785 cmSF

Mreqx

b

ac == 3562 cmSSS xreqxx =−=∆

mmB

Aecm

H

SA ref

plx

ref 81.16 2 ==⇒=∆=

PL200x8

PL200x8


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Debido a que la incorporación de las planchas en las alas de la viga mejora laestabilidad general, el resultado anterior puede ser mejorado de la forma que semuestra a continuación.

PL200x5

PL200x5

H 360 mm

B 200 mm

e 23 mm

t 6 mm

A 110,8 cm2

rx 15,8 cm

ry 5,3 cm

Sx 1539 cm3

Sy 307 cm3

Zx 1698 cm3

Zy 463 cm3

J 165 cm4

Cw 870856 cm6

Lp 260 cm

Lr 1075 cm

Fy 2,53 t/cm2

Ωb 1,67

Myx 3895 t cm

Mpx 4296 t cm

Lb 10,0 m

qD 0,500 t/m

qL 1,000 t/m

qa 1,500 t/m

Mac 1875 t cm

fb 1,218 t/cm2

Cb 1,14

Mnx 3272 t cm

Mnx / Ωb 1959 t cm

Fb 1,273 t/cm2

FUbc 0,96

Esta mejora corrige el requerimiento de acero adicional de 32cm2 a 20cm2.

El mayor problema en esta metodología es que no reconoce la existencia de unaprecarga al momento de instalar los refuerzos. Consecuentemente, sólo resultavalida en aquellos casos en que dicha precarga sea despreciable.


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METODOLOGIA ELASTICA CONSIDERANDO PRECARGA

Como primer paso es necesario definir la condición de precarga en la cual serámontado el refuerzo, ya que sólo a partir de ese momento comenzaran a trabajar loselementos que se instalen. Consistentemente, la deformación mínima quedesarrollará la estructura quedará fija por la instalación del refuerzo.

PL200x5

PL200x5

Precarga (D) Carga Adicional (L) Carga Total (D+L)

fbfD fbfL

fbrL

fbf

fbr

Incorporación del refuerzo


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qD 0,500 t/m

MD 625 t cm

Sxf 1223 cm3

fbfD 0,511 t/cm2

Fb 1,050 t/cm2

FUbc 0,49

Precarga (D)

qL 1,000 t/m

ML 1250 t cm

Sxf 1583 cm3

fbfL 0,789 t/cm2

Sxr 1539 cm3

fbrL 0,812 t/cm2

Carga adicional (L)

fbf 1,300 t/cm2

fbr 0,812 t/cm2

Fb 1,050 t/cm2

FUbf 1,24FUbr 0,77

Total (D+L)

De acuerdo a los resultados presentados, al considerar únicamente el aporte dematerial adicional que el refuerzo entrega, la situación reforzada no cumple. Sinembargo, al considerar el aumento de estabilidad que se genera, se tiene losiguiente.

fbf 1,300 t/cm2

fbr 0,812 t/cm2

Fb 1,273 t/cm2

FUbf 1,02FUbr 0,64

Total (D+L)

PL200x5

PL200x5

En muy estricto rigor el resultado aún no cumple. Sin embargo, aceptarlo resultaríasuficientemente razonable.


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De este ejemplo se pueden obtener conclusiones muy importantes.

- El FU de la situación reforzada es mayor al considerar la precarga que al nohacerlo. En el caso estudiado, el FU ha crecido en un 7% en relación al que setenía sin considerar la precarga, situación que en estricto rigor no permite laaceptación del elemento reforzado.

- La tensión en el metal base (sección sin refuerzo) en la situación final es mayorque la tensión en el refuerzo. Consistentemente, es el metal original el quecontrola la condición de aceptación y no el refuerzo.

- El elemento original cuenta sólo con una zona central que se encuentra sobreexigida. Por este motivo, si se utiliza el refuerzo considerando que no existe unamejora en la estabilidad, este podrá extenderse sólo en la zona que lo requiere.Por el contrario, si dentro del diseño se considera la mejora de estabilidad, elrefuerzo necesitará extenderse en toda la longitud del elemento.

- Claramente la cantidad y tipo de refuerzo depende del nivel de precarga quetenga el elemento en relación a la situación final. Para precarga pequeña elrefuerzo será más eficiente. Sin embargo, en casos de precarga muy grande, elrango de tensiones que tendrá el refuerzo para desarrollar su trabajo serápequeño, y en casos extremos nulo.


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METODOLOGIA DE REFUERZO POR ESTABILIZACION

Debido a que la viga original clasifica como compacta y la falla queda definida por elfenómeno de volcamiento (inestabilidad global), existe la alternativa de estabilizar elelemento original de manera tal que sea capaz de alcanzar su plastificación. En estalínea, se propone el refuerzo indicado a continuación (16cm2), el cual no aporta unarigidez significativa al elemento en la dirección de la exigencia, pero transforma lasección original en una de tipo cajón (sección cerrada), la cual cuenta conresistencias torsionales tan elevadas que eliminan la posibilidad de volcamiento. Estanueva situación garantiza alcanzar el momento plástico de la sección original antesde la falla.

PL3

14x5

Lb N/A m

qD 0,500 t/m

qL 1,000 t/m

qa 1,500 t/m

Mac 1875 t cm

fb 1,533 t/cm2

Cb N/A

Mpx 3398 t cm

Mpx / Ωb 2035 t cm

Fb 1,663 t/cm2

FUbc 0,92

Final


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Sx 1297 cm3

Zx 1466 cm3

qD 0,500 t/m

qL 1,000 t/m

qa 1,500 t/m

Mac 1875 t cm

fb 1,533 t/cm2

Mpx 3710 t cm

Mpx / Ωb 2221 t cm

Fb 1,713 t/cm2

FUbc 0,84

Final

Debe entenderse claramente que esta proposición aumenta la resistencia del metalbase hasta su máximo, sin considerar el posible aporte del refuerzo estabilizador enese instante a modo de material adicional. En consecuencia, el resultado debeasumirse como conservador.

Si consideráramos el aporte de material que hace el refuerzo a la sección original enel instante de la plastificación completa, tendríamos la situación que se muestra acontinuación. Sin embargo, en este calculo no se ha considerado el efecto de laprecarga, por lo que este resultado clasificaría como no conservador. Por lo anterior,podemos asumir que el FU correcto se encontraría entre 0.92 y 0.84, dependiendodel nivel de precarga en relación al valor máximo de la solicitación de diseño.

PL3

14x5


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Entre las técnicas que podemos mencionar se encuentran las siguientes.

- Transformación de secciones localmente esbeltas en secciones compactas.

- Estabilización de secciones compactas incorporando elementos que latransformen en una sección más estable, por ejemplo en una sección cerrada tipocajón.

- Estabilización de secciones compactas incorporando arriostramientos, ya seanpara compresión o volcamiento.

Al incorporar estabilizadores a las secciones existentes y despreciar su posible efectoen la mejora de las propiedades iniciales de la sección, el efecto de la precargapuede ignorarse y el resultado se vuelve conservador.

Tipos de refuerzo para estabilización


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Refuerzos para estabilización


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Refuerzos de aumento de material


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Continuidad de resistencia en modos de volcamiento

Desde el punto de vista normativo, aquellos elementos “secundarios” destinados arestringir las inestabilidades de elementos “principales” deben cumplir con requisitosclaramente definidos. De no ser así, se asume que dicho elemento no es efectivo yconsecuentemente el punto en cuestión no puede considerarse arriostrado.

Si bien lo anterior desde el punto de vista de un nuevo diseño no reviste mayorinconveniente, en el estudio de estructuras existentes puede convertirse en un temamayor. Esto debido a que la resistencia asociada a modos superiores de pandeoelástico comúnmente aumenta de forma cuadrática en la esbeltez que corresponda.

Para encontrar solución a este problema debe entenderse que el hecho que unelemento “secundario” no garantice el pandeo en un modo superior no implica que noaumente la resistencia del modo inferior. En general, la resistencia puede aumentarde forma proporcional a la efectividad del arriostramiento provisto a pesar de que laforma o modo de pandeo no cambie.


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RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO DE REFUERZOS DE ESTRUCTURAS EXISTENTES

RELATOR: CARLOS PEÑA L. FECHA: JULIO 2014

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En aquellos elementos o estructuras existentes en que los esfuerzos de diseño,definidos de acuerdo a la normativa nacional vigente y a los criterios del proyectoespecífico, superen los niveles aceptables, debe procederse a realizar el diseño de losrefuerzos correspondiente.

Para el diseño de mejoramientos, debe considerarse el nivel de precarga con quecuentan los elementos en cuestión al momento de la instalación de los refuerzos quese definan. Lo anterior significa que cada refuerzo debe ser diseñado para unacondición y secuencia de instalación específica y única, la cual debe quedarregistrada de forma explícita en los planos de diseño correspondientes.

Recomendaciones


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La metodología conceptual general de diseño de refuerzos debe ser la siguiente.

En primer lugar debe establecerse la condición de mínima precarga de las secciones(en general se trata de cargas permanentes). A esta condición de exigencia se puededesignar como f0, y será la condición en la cual serán instalados los refuerzos.

Luego, la sección reforzada (original más el refuerzo) debe resistir las cargasadicionales (no contempladas en f0) que completan la condición de servicio uoperación (en general cargas vivas, de operación, y eventos extremos) que se estéestudiando. Esta segunda exigencia para todo el conjunto (sección reforzada) puededesignarse como ∆f.

La superposición entre el estado f0 (sección original) y el estado ∆f (perfil reforzado),debe ser menor que el límite de trabajo definido para el elemento en cuestión. Poreste motivo (superposición de estados o diagramas tensionales), es común que sea elmaterial original el que trabaje a las mayores tensiones dentro de la sección reforzadapara la condición final.

En el caso específico de estructuras de acero, debe tenerse especial cuidado engarantizar que para las condiciones finales de trabajo estándar el perfil de aceroreforzado no se encuentre en condición de fluencia en el metal original.


REFUERZOS

La diferencia entre f0 y f0+∆f (diagramas de deformaciones y tensiones) indica cuántopuede aportar el refuerzo al trabajo de la sección final.

En ocasiones, la condición de precarga mínima, f0, puede ser cercana a la tensiónlímite que define el diseño, lo que deja muy poco rango de resistencia para que elrefuerzo desarrolle su trabajo. Por lo tanto, se requerirán mayores niveles de refuerzoque en elementos que puedan ser llevados a una condición de precarga casi nula. Enestos casos, resulta útil disponer un refuerzo que controle de mejor manera lasinestabilidades propias de la sección original en lugar de tratar de disminuir lastensiones de trabajo únicamente agregando material adicional. De esta manera sepuede elevar la resistencia original del elemento y cumplir con las exigencias.

La condición de precarga, f0, debe ser considerada especialmente en aquellos casosen que se requiera evaluar deformaciones en elementos reforzados.Consistentemente con el planteamiento tensional, la posición deformada específicacon que cuenta un elemento al momento en que se instala el refuerzo tiende a fijar ladeformación mínima con la cual contará el elemento en cuestión. Es a partir de estaposición deformada que comienzan a trabajar los refuerzos instalados, aumentando larigidez del elemento compuesto únicamente para aquellas solicitaciones que seproduzcan a partir de esta posición.


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Debe prestarse especial atención al utilizar métodos computacionales linealeselásticos de análisis estructural que no consideren las precargas en los elementos demanera explícita. Lo anterior debido a que los esfuerzos de diseño y deformacionesasociadas pueden ser fuertemente subestimados al considerar que tanto el elementobase como su refuerzo no presentan precarga, situación que puede conducir a erroresgraves en la definición final de los refuerzos.

Los modelos destinados a definir los requerimientos de resistencia y rigidez de laestructura, no deben considerar aportes beneficiosos tanto de equipos mecánicoscomo eléctricos.

En caso de existir elementos que cuenten con sobre-espesor de sacrificio frente a lacorrosión o abrasión, debe generarse un análisis diferente para cada condición(espesores iniciales y espesores finales supuestos). Las variaciones de espesor deplacas porcentualmente diferentes en cada elemento pueden causar redistribucionestanto de esfuerzos como de deformaciones no previstas al resolver sólo para una delas condiciones asumidas.


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MARCO NORMATIVO REFERENCIAL


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FECHA: AGOSTO 2014

NORMA CHILENA OFICIAL NCh 3171.Of2010Diseño estructural - Disposiciones generales y combinacio nes de cargas

SECCION 7Agregados y modificaciones a estructuras existentes

Cuando se amplía una edificación o una estructura existente o se modifica de algunamanera, los elementos estructurales deben ser reforzados, si es necesario, demanera que puedan resistir las cargas mayoradas definidas en esta norma, las quedeben ser soportadas sin exceder la resistencia de diseño especificada para losmateriales de construcción correspondientes. Si se usa un diseño por tensionesadmisibles, el reforzamiento es necesario cuando las tensiones originadas por lascargas nominales exceden las tensiones admisibles especificadas para los materialesde construcción correspondientes.

Este párrafo no se encuentra resumido ni editado, y corresponde a la sección 7completa.

NCh 3171.Of2010


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Si bien lo anterior resulta razonable desde el punto de vista de la formalidad, lo quedebe entenderse es que desde el año 2010 el tema de la intervención de estructurasexistentes ya no se encuentra sujeto a interpretaciones ni decisiones “de buena fe”.

Si se revisa una estructura y se determina que no cumple con algún requerimiento dela legislación actual, debe ser “reforzada” hasta el nivel que la normativa actual exigede manera explícita, y de ninguna forma para una situación intermedia o inferior aesa. El concepto “cumple para todos los requisitos vigentes al momento del diseño”queda obsoleto a la luz de esta nueva legislación.

Como en pocos casos, esta norma se oficializó el año 2010, por lo que además deser una norma INN (lo cual debiera ser mandatorio para los diseñadoresespecialistas, ya que fija el estado del arte de la profesión) se trata de una ley de larepública de Chile.

NCh 433.Of1996 Mod2009


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NORMA CHILENA OFICIAL NCh 433.Of1996 Mod2009Diseño sísmico de edificios

Anexo ADaño sísmico y recuperación estructural

A.1 Generalidades

A.1.1 Las disposiciones de este anexo están destinadas a fijar criterios y procedimientos para:a) evaluar el daño producido en la estructura resistente de edificios como consecuencia de unsismo;b) orientar la recuperación estructural tanto de edificios dañados por un sismo como de edificiospotencialmente inseguros frente a un movimiento sísmico futuro.A.1.2 Las características de una estructura que se pueden modificar con un proceso derecuperación estructural son su resistencia, rigidez, ductilidad, masa y sistema de fundaciones.A.1.3 La recuperación estructural se denomina "reparación" cuando a una estructura dañada se lerestituye al menos su capacidad resistente y su rigidez original.A.1.4 La recuperación estructural se denomina "refuerzo" cuando a una estructura dañada o sindaño se le modifican sus características de modo de alcanzar un nivel de seguridadpredeterminado mayor que el original.


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A.2 Evaluación del daño sísmico y decisiones sobre la recupe ración estructural

A.2.1 El grado de daño sísmico de un edificio puede ser leve, moderado o severo.

A.2.2 La estimación del grado de daño debe ser realizada por un profesionalespecialista, quien debe analizar y cuantificar el comportamiento de todos losparámetros que definen el daño.

A.2.3 La Dirección de Obras Municipales puede ordenar el desalojo de todo edificioque presente un grado de daño severo y la posibilidad de colapso total o parcialfrente a réplicas o sismos futuros.

A.2.4 La Dirección de Obras Municipales, con el informe escrito concordante de almenos un profesional especialista, puede ordenar la demolición de edificios condaños sísmicos severos que presenten la posibilidad de colapso, que ponga enpeligro vidas humanas o bienes ubicados en la vecindad del edificio.

A.2.5 La decisión sobre el tipo de recuperación estructural de un edificio no sólo debeconsiderar el grado de daño sino que también la intensidad sísmica que tuvo elevento en el lugar considerado.


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A.3 Requisitos que debe cumplir el proyecto de recuperación estructural

A.3.1 El proyecto de recuperación estructural de un edificio dañado por un sismodebe ser elaborado por un profesional especialista y debe contar con la aprobaciónde la Dirección de Obras Municipales. Cuando se trate de edificios de la categoría IVindicada en 4.3, el proyecto de recuperación estructural debe ser revisado por otroprofesional especialista.

A.3.2 El proyecto de recuperación estructural debe incluir los siguientesantecedentes:a) catastro detallado de daños en los elementos componentes de la estructuraresistente;b) estimación del grado de daño;c) determinación de las causas y justificación de los daños;d) nivel de seguridad sísmica de la recuperación estructural;e) criterios básicos de diseño;f) soluciones de reparación y de refuerzos;g) planos generales y de detalles;h) especificaciones técnicas constructivas;i) nivel de inspección de obras;j) aprobación del revisor del proyecto de acuerdo con lo establecido en A.3.1.


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A.4 Disposiciones generales sobre métodos de reparación

A.4.1 En caso que la recuperación estructural consulte elementos resistentesadicionales se debe velar porque su contribución al comportamiento sísmico de laestructura sea efectiva, es decir, que durante el sismo dichos elementos de refuerzoreciban y transmitan las solicitaciones en la forma considerada en el cálculo.

A.4.2 Se deben especificar cuidadosamente los procesos de liberación y traspaso decargas contempladas en el proyecto de recuperación estructural. En caso necesario,se deben efectuar las mediciones en terreno que se requieran para verificar que secumplan las condiciones del proyecto y llevarse el registro correspondiente.


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A.6 Necesidad de recuperación de edificios sin daños

A.6.1 Los edificios de la categoría IV indicada en 4.3, se deben someter cada 10años a una revisión con el fin de establecer su conformidad con los requisitos de estanorma.

4.3 Clasificación de ocupación de edificios y otras estructuras de acuerdo a suimportancia, uso y riesgo de falla

4.3.1 Para los efectos de la aplicación de esta norma los edificios y otras estructuras se clasifican en la forma siguiente:

Ver descripción de Categoría de Ocupación IV en la siguiente página.


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Edificios y otras estructuras clasificadas como edificios gubernamentales, municipales, deservicios públicos o de utilidad pública, incluyendo, pero no exclusivamente: cuarteles de policía,centrales eléctricas y telefónicas, correos y telégrafos, radioemisoras, canales de televisión,plantas de agua potable y de bombeo.

Edificios y otras estructuras clasificadas como instalaciones esenciales cuyo uso es de especialimportancia en caso de catástrofe, incluyendo, pero no exclusivamente: hospitales, postas deprimeros auxilios, cuarteles de bomberos, garajes para vehículos de emergencia, estacionesterminales, refugios de emergencia, estructuras auxiliares requeridas para la operación deestructuras con Categoría IV durante una emergencia. Torres de control de aviación, centros decontrol de tráfico aéreo, y hangares para aviones de emergencia.

Edificios y otras estructuras que tengan funciones críticas para la defensa nacional.

Edificios y otras estructuras (incluyendo, pero no exclusivamente, instalaciones quemanufacturan, procesan, manipulan, almacenan, usan o desechan sustancias tales comocombustibles peligrosos, productos químicos peligrosos, residuos peligrosos o explosivos) quecontienen sustancias peligrosas en cantidades superiores a las establecidas por la AutoridadCompetente.

Edificios y otras estructuras que contengan sustancias peligrosas deben ser clasificadas comoestructuras de la Categoría de Ocupación II si se puede demostrar satisfactoriamente a laAutoridad Competente mediante una estimación de riesgo, como se describe en NCh3171, queuna fuga de estas sustancias no representa una amenaza para el público. No se permite estaclasificación reducida si los edificios u otras estructuras también funcionan como instalacionesesenciales o utilidad pública.

NORMA CHILENA OFICIAL NCh 2369.Of2003Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriale s

1 Alcance y campo de aplicación

NCh 2369.Of2003


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- ASCE/SEI 7-10 Minimum Design Loads for buildings and other Structures,Appendix 11B Existing Buildings Provisions.

- ASCE/SEI 41-06 Seismic Rehabilitation of Existing Structures.- ANSI/AISC 360-10 Anexo 1.- NCh 3171.Of2010 Diseño estructural - Disposiciones generales y combinaciones

de cargas.- NCh 433.Of1996 Mod2009 Diseño sísmico de edificios.- NCh 2745-2013 Análisis y diseño de edificios con aislacipon sísmica.- Seismic design and retrofit of Bridges, Priestley-Seible-Calvi.- Catálogos Sika.- Guía de diseño de estructuras industriales, P&M Structural / Seismic Engineering.- Investigaciones propias de P&M.


REFERENCIAS

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MUCHAS GRACIAS !!!


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CARLOS PEÑA LÓ[email protected] ,

www.pymse.com .

pm charla 03 refuerzos

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