Reforzamiento y Actualización Sísmica de Estructuras Junio de 2016 Ing. Jorge Rendón [email protected] 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 con Materiales Compuestos FRP. • Ingeniero de Rehabilitación de Estructuras de Sika Colombia S.A. desde 2001. • 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. 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. 4 ¿Por qué reforzar las estructuras? Sismo en Haití Enero 12 2010 Sismo en Baja California Abril 4 2010 Sismo en Chile Febrero 27 2010 Sismo en China Abril 14 2010 5 ¿Por qué reforzar las estructuras? Sismo en Japón Marzo 11 2011 6 ¿Por qué reforzar las estructuras? Actualización Sísmica 7 Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 sísmico MODIFICAN LA RESPUESTA Sistemas de Reforzamiento Estructural 1 Arriostramientos Metálicos (Steel Bracing) Sistemas de Reforzamiento Estructural 2 Pantallas en concreto reforzado (RC Walls) Sistemas de Reforzamiento Estructural 3 Encamisado en concreto reforzado (RC jacketing) Sistemas de Reforzamiento Estructural 4 Encamisado en acero (Steel jacketing) Sistemas de Reforzamiento Estructural 5 Platinas metálicas (Metallic plates) Sistemas de Reforzamiento Estructural 6 Adición de perfiles metálicos (Metallic members) Sistemas de Reforzamiento Estructural 7 Contrafuertes (Buttressing) Sistemas de Reforzamiento Estructural 8 Postensionamiento externo (Postensioning) Sistemas de Reforzamiento Estructural 9 Disipadores de Energía (Dampers) Sistemas de Reforzamiento Estructural 10 Aislamiento Sísmico (Seismic Isolation) Sistemas de Reforzamiento Estructural 11 Materiales Compuestos FRP (FRP) Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 sísmico MODIFICAN LA RESPUESTA Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 Estructural Resistencia Reforzamiento basado en aumento de resistencia y rigidez Reforzamiento basado en aumento de resistencia y ductilidad Estructura original Reforzamiento basado en aumento de ductilidad Ductilidad Comportamiento de las estructuras reforzadas Sistemas de Reforzamiento Estructural Resistencia 1 2 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 3 Estructura original Ductilidad Comportamiento de las estructuras reforzadas Arriostramientos Metálicos (Steel Bracing) Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Clínica del Parque - Armenia Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Hospital de Caldas - Manizales Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Edificio de oficinas – Bogotá Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Tipos de Conexiones en Arriostramientos Metálicos Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Tipos de Arriostramientos Metálicos Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Arriostramiento metálico tipo K – Japón Conexión Indirecta Sistemas de Reforzamiento Estructural Arriostramientos Metálicos: Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999) Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 Estructural Arriostramientos Metálicos: Fabrica de Café Liofilizado – Chinchiná (1999) Pantallas en Concreto Reforzado (Reinforced Concrete Walls) Sistemas de Reforzamiento Estructural Pantallas: Catedral de Manizales (2004) Sistemas de Reforzamiento Estructural Pantallas: Catedral de Manizales (2004) Sistemas de Reforzamiento Estructural Pantallas: Edificios en Cali (2005) Encamisado en Concreto Reforzado (Reinforced Concrete Jacketing) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: Encamisado de vigas Encamisado de columnas Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: Tanque de Vitelma – Bogotá (2006) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: 1) Preparación de la superficie Tanque de Vitelma – Bogotá (2006) 2) Colocación del nuevo acero de refuerzo Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: 3) Colocación del puente de adherencia Tanque de Vitelma – Bogotá (2006) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: 4) Colocación de la formaleta Tanque de Vitelma – Bogotá (2006) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: 5) Colocación del concreto sin retracción Tanque de Vitelma – Bogotá (2006) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: Encamisado terminado Tanque de Vitelma – Bogotá (2006) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en concreto reforzado: Mortero de reparación Remate del encamisado de la columna Sistema Drypack Encamisado en Acero (Steel Jacketing) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en acero: 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 Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en acero: Universidad en Bogotá (2008) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en acero: Universidad en Bogotá (2008) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en acero: Universidad en Bogotá (2008) Sistemas de Reforzamiento Estructural Encamisado en acero: 53 Postensionamiento Externo (Postensioning) 54 Sistemas de Reforzamiento Estructural Postensionamiento Externo: Desviador Postensionamiento externo de las vigas longitudinales 55 Sistemas de Reforzamiento Estructural Postensionamiento Externo: 2 cables con dos torones de ½” cada uno 56 Sistemas de Reforzamiento Estructural Postensionamiento Externo: 57 Sistemas de Reforzamiento Estructural Postensionamiento Externo: 58 Sistemas de Reforzamiento Estructural Postensionamiento Externo: 59 Sistemas de Reforzamiento Estructural Postensionamiento Externo: SikaGrout 300 PT Disipadores de Energía (Energy Damping) Sistemas de Reforzamiento Estructural Disipación de energía: Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 Estructural Disipación de energía: Disipadores de fluido viscoso Taylor (USA) Sistemas de Reforzamiento Estructural Con el sismo de Armenia – Colombia 1999 Sin disipadores Con disipadores 6 4 Sistemas de Reforzamiento Estructural Max: 5559 Ton Max: 3263 Ton Cortante sísmico en la base sin disipadores Cortante sísmico en la base con disipadores 41% de reducción en el cortante 6 5 Sistemas de Reforzamiento Estructural Disipación de energía: Disipadores de fricción tipo PALL – Hospital San Juan de Dios de Armenia (Colombia) Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 estructura del movimiento del suelo. Aislamiento Sísmico de Estructuras Aislamiento Sísmico: Sin Aislamiento Con Aislamiento 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 HAY QUE TENER EN CUENTA: Platinas y pernos de instalación Aislamiento Sísmico de Estructuras HAY QUE TENER EN CUENTA: IMPORTANTE: Aislar un edificio existente puede costar el doble de hacerlo nuevo con aisladores. 74 Aislamiento Sísmico de Estructuras 1. Tipo de suelo Disipadores Aisladores más grandes Suelo duro Suelo blando 75 Aislamiento Sísmico de Estructuras 3. Ubicación de los aisladores Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico: Knossos, 2000 a.c. . Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico: Capa de arena fina Palacio de Knossos – Grecia (2000 A.C.) Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico: Roma, 70 d.c. . Proyectos Antiguos de Aislamiento Sísmico Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico: El Coliseo Romano (70 D.C.) Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico: Piedras pequeñas Piedras medianas Arcilla (capa gruesa) El Coliseo Romano (70 D.C.) Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico: El Primer Edificio con Aisladores de Goma La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia Aislamiento Sísmico de Estructuras Historia del Aislamiento Sísmico: Suiza Macedonia Aislamiento Sísmico de Estructuras El Primer Edificio con Aisladores de Goma: La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969) Aislamiento Sísmico de Estructuras El Primer Edificio con Aisladores de Goma: 54 aisladores de goma natural, de 70 x 70 cm, 20 cm de alto La Escuela Pestalozzi, en Skopia – Macedonia (1969) Primer edificio con Aislamiento Sísmico en Colombia Clínica Comfandi – Cali (2009) Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi(2008-2009) - Colombia Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Colombia Aislador Deslizador Columna Detalle de colocación de los aisladores en el sótano Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Colombia Detalle de colocación de los aisladores en el sótano Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Colombia Detalle de colocación de los aisladores en el sótano Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Colombia Detalle de colocación de los aisladores en el sótano Aislamiento Sísmico de Estructuras Clínica Comfandi - Colombia Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer) 94 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Platinas CFRP preformadas Fibras/tejidos (carbono,vidrio) Resina (polímero) + = Tejidos (CFRP,GFRP) 95 Materiales Compuestos FRP (Fibre Reinforced Polymer) Usos importantes: 96 Sistema Sika CarboDur Platinas de carbono Sika CarboDur: Tejidos SikaWrap: RESISTENCIA DEL FRP COMPARATIVA ENTRE DISTINTAS FIBRAS RESISTENCIAS ÚLTIMAS 5000 MPa 4000 MPa 3000 MPa RESISTENCIA DE CÁLCULO 2000 MPa 1000 MPa ACERO Carbono 97 July 2015 Vidrio Reforzamiento de estructuras de concreto mediante FRP Basalto Aramida 98 July 2015 Reforzamiento de estructuras de concreto mediante FRP 99 July 2015 Reforzamiento de estructuras de concreto mediante FRP INTRODUCCIÓN LOS ORÍGENES DE LA FIBRA DE CARBONO “…No he fracasado 999 veces, he encontrado 999 maneras de cómo no hacer la bombilla eléctrica…” Los orígenes de la fibra de carbono se localizan a finales del siglo XIX. El famoso inventor Thomas Edison, desarrolló fibras de carbono incipientes a a base de fibra de bambú como filamentos para los primeros desarrollos de las bombillas eléctricas. 100 July 2015 Reforzamiento de estructuras de concreto mediante FRP 101 Sistemas de Reforzamiento Estructural 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 102 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Cortante Cortante Flexión Confinamiento Cortante Esfuerzos en una estructura sometida a cargas verticales y de sismo 103 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): vs vs 104 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): vs 105 Aplicaciones con FRP… Aumento de Cargas Verticales 106 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Losa maciza - Bogotá Puentes Av. 68 Calle 26 - Bogotá 107 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Edificio - Bogotá Puente - Nemocón 108 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Platinas de carbono 109 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Puente Pumarejo (2011) 110 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Puente Cocorná (1996) 1ra aplicación de FRP en Latinoamérica 111 Aplicaciones con FRP… Actualización Sísmica 112 Edificio de apartamentos – Muros de concreto (Mayo 2010) 113 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): 114 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): 115 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): 116 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): 117 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Estadio de Techo - Bogotá 118 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Estadio Jaime Morón - Cartagena 119 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Estadio Metropolitano - Barranquilla 120 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Tanque - Ibagué Escuelas del Distrito - Bogotá 121 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): 122 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Iglesia de Nobsa - Boyacá Iglesia de Quimbaya - Quindío 123 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Chimenea U.Distrital- Bogotá Universidad de Cartagena 124 Aplicaciones con FRP… Errores de diseño o construcción - Sección insuficiente de vigas o columnas - Baja resistencia a compresión del concreto 125 Reforzamiento de las columnas en un edificio (Baja resistencia a compresión) 126 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Columnas confinadas con SikaWrap 300C 127 Sistemas de Reforzamiento Estructural Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer): Colocación del SikaWrap 300C 128 Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer) Guía de diseño norteamericana: ACI 440.2R(2008) 129 Materiales Compuestos FRP (Fiber Reinforced Polymer) Programas de Cálculo: ACI 440.2R-08 NUEVO SISTEMA SIKA CARBOSTRESS JUNIO DE 2016, ING. JORGE RENDÓN SIKA COLOMBIA, TM REFURBISHMENT SISTEMA SIKA CARBODUR Tejidos SikaWrap Platinas Sika CarboDur Sika CarboDur BC Rods Platinas tensionadas Sika CarboStress SISTEMA SIKA CARBOSTRESS DESCRIPCIÓN Platinas de carbono tensionadas, para reforzamiento estructural. SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Los componentes: Anclaje móvil Anclaje fijo SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Los componentes: Anclaje fijo SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Los componentes: Anclaje fijo SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Los componentes: Anclaje móvil SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Los componentes: Anclaje móvil SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Los componentes: Anclaje móvil SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Características técnicas: StressHead® Tipo Material Peso Dimensión StressHead® 220 CFRP 550 g Ø 80 x 110 mm Lámina Tipo Material Dimensión Adhesivo epóxico Sika CarboDur® S626 CFRP 60 x 2.6 mm SikaDur® 30 SISTEMA SIKA CARBOSTRESS Características técnicas: Características del sistema Fuerzo de tensado Fuerza anclada garantizado Tensión de postensado Deformación de la fuerza de postensado FP0 FPsk,min σP0 εP0 Características de la lámina Sika® CarboDur® S626 Sección transversal Aeff Resistencia a tracción fu Modulo elástico E = 220 kN = 300 kN = 1‘410 N/mm2 = 0.85 % = 60x2.6 = 156 mm2 = 2'800 N/mm2 = 170 kN/mm2 SISTEMA SIKA CARBOSTRESS USOS: Aumento de cargas verticales Mejor desempeño sísmico Cambio de uso: aumento en la longitud de la luz SISTEMA SIKA CARBOSTRESS USOS: Cambio de uso: Eliminación de muros SISTEMA SIKA CARBOSTRESS USOS: Cambio de uso: Eliminación de columnas SISTEMA SIKA CARBOSTRESS USOS: Aumento de la capacidad sísmica Gracias [email protected]
