Facultad de Ingeniería y Computación

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Curso: Construcción ||
Tema: Obras de reparación y reforzamiento
estructural
Mg. PMPS Jorge Valdivieso Herrera ihvaldiviesoW ucsp.edu.pe
 y
Contenido
» Conceptos Generales
» Reparación, Reforzamiento y Rehabilitación
> Tipos de Fisuras y Daños
» Daños por Sismo
» Evaluación de Estructuras
» Conclusiones
 DE
CONCEPTOS GENERALES
San Pablo
ESTRUCTURA: —Conjunto de elementos
resistentes conectados entre si con el fin de
soportar cargas y mantener en todo momento COMPRESIÓN

DOCOODO
su equilibrio. TRACCIÓN
CORTE
FUERZA (CARGA): Toda causa física capaz de
FLEXIÓN
modificar el estado de reposo o movimiento
TORSIÓN
de un cuerpo.

DEFORMACIÓN: Cambio de forma o

Esfuerzo
dimensiones por acción de fuerzas externas último —>
corzo
le fluencia Fractura
ESFUERZO: Es la intensidad de la fuerza o Límite Elástico L,

fuerza por área unitaria que se produce en un Límite de p”

proporcionalidad
cuerpo por la acción de una fuerza externa >
la dirección y el sentido de la fuerza sobre el
cuerpo generara los siguientes tipos de
esfuerzos de reacción: Región Plasticidad Endurecimiento Estricción
lineal perfecta E O por deformación
fluencia
 CONCEPTOS GENERALES Universidad Católica
San Pablo

1. Las fuerzas externas

causan deformaciones y
esfuerzos internos de
- 2. reacción que buscan
conservar la condición de
equilibrio del elemento.
 CONCEPTOS GENERALES
py Universidad Católica
San Pablo

Y” RESISTENCIA: Es la capacidad que tiene una o

estructura que le permite resistir cargas sin Material
más fragil
colapsar > “Carga que puede resistir”
Y” RIGIDEZ: Capacidad de un cuerpo de oponerse
a deformaciones producidas por fuerzas
externas. Material
mas dúctil
Y” DUCTILIDAD: Capacidad de un elemento para
deformarse sin perder de manera importante
su capacidad resistente, es decir logran É
deformarse en el rango inelástico (una
estructura no debe fallar de forma frágil >
debe advertir)
 OBRAS DE REPARACIÓN Y REFORZAMIENTOS ESTRUCTURAL
ME Universidad Católica
San Pablo

Los daños y deterioros en las estructuras de

concreto y mampostería se producen por efecto de
condiciones ambientales agresivas, peligros
naturales, errores de diseño, fallas de construcción
O falta de mantenimiento, ante estos problemas,
con la finalidad de garantizar la integridad
estructural de la edificación, se tiene que evaluar
las siguientes opciones de solución en función de
los costos y contexto de la obra :

Y” Realizar una nueva edificación

Y” Realizar obras de reparación y reforzamiento
estructural
 OBRAS DE REPARACIÓN Y REFORZAMIENTOS ESTRUCTURAL Universidad Católica
San Pablo

REPARACIÓN:

Proceso de restablecer en un elemento las

características materiales, formas, y
apariencias, capacidad estructural y de servicio
que se tenia antes de ocurrir el daño.

Situaciones que originan una reparación:

Y” Accidentes.
Y” Fallas en Diseño.
Y” Mala Calidad de los Materiales.
Y” Malos procedimientos de construcción.
Y” Falta de mantenimiento de la edificación
 OBRAS DE REPARACIÓN Y REFORZAMIENTOS ESTRUCTURAL
Dl Universidad Católica
San Pablo

REFORZAMIENTO:

Procedimiento de incrementar la capacidad resistente

o de rigidez en un elemento estructural por encima de
los niveles originales.

Situaciones que originan un reforzamiento:

Y” Cambio de uso de la edificación (sobrecargas

mayores).
Y” Aumento de numero de pisos.
Y” Cambio en las normas de diseño.
Y” Remodelación arquitectónica.
 y
Universidad Católica

REHABILITACIÓN San Pablo

Proceso de modificar un elemento para una condición de uso deseada, puede involucrar el refuerzo y/o
reparación del elemento estructural así como los aspectos estéticos o de funcionamiento.

Y” Desde el punto de vista estructural, realizar una rehabilitación consiste en una modificación de las
características estructurales tales como resistencia, rigidez, masa, capacidad de disipación de energía
de la estructura que le permitan tener un desempeño aceptable, la rehabilitación estructural requiere
del reforzamiento de estructuras existentes para las solicitaciones de diseño.

Y” La rehabilitación también está ligada a reparaciones en caso de estructuras antiguas que tengan algún
tipo de daño o deterioro por el uso prolongado de la estructura.

Y” El objetivo principal para la rehabilitación de edificios existentes es que proporcionará mayor

protección de la vida y propiedad.

Y” La rehabilitación de edificios existentes reduce significativamente pérdidas futuras, y en términos

económicos puede considerarse como una inversión para proteger activos actualmente en situación
de riesgo.
 Universidad Católica
REHABILITACIÓN ESTRUCTURAL San Pablo

El objetivo de la rehabilitación puede lograrse mediante la aplicación de una variedad de estrategias, como por ejemplo:

Y” Aumento de la rigidez y la resistencia mediante la adición de nuevos elementos como placas o muros de corte.
Y” Encamisetado o enchaquetado general de columnas y colocación de aletas de concreto armado: El reforzamiento
permite rigidizar los elementos responsables de la poca rigidez lateral de la estructura (las columnas).
Inclusión de muros acoplados con vigas de gran peralte: Esta técnica consiste en el reforzamiento de columnas
Xx

convirtiéndolas en muros y en la adición de vigas de acoplamiento.

Eliminación o reducción parcial de las irregularidades existentes
Reducción de la masa
SR

Aislamiento sísmico (separación de los elementos estructurales y la tabiquería mediante una junta sísmica)
Instalación de dispositivos de disipación de energía
Incorporación de elementos metálicos mediante pórticos, arriostres en diagonales o también como planchas de acero
en bastidores metálicos que ayudarían a rigidizar y disipar energía.
 Universidad Católica
j San Pablo

Principales acciones y anomalías

que afectan a las estructuras

Producen un deterioro en la resistencia, rigidez o

durabilidad de los elementos estructurales

Fisuras Sismos
 Universidad Católica
FISURA O GRIETA (CRACK) 3 San Pablo

Según R.A.E. ambos términos se definen como: “Hendidura alargada que se encuentra en una masa mineral, la tierra
o cualquier cuerpo sólido”.

El A.C.!. las define como “Crack” que es la “Separación completa o incompleta del concreto o mampostería en dos o
mas partes producida por una fractura o rotura”.

Hendidura alargada

Fisura: Grieta:
Ancho<1 mm Ancho<2 mm

Superficial: Superficial:
Pasante: Pasante:
Profundidad a pocos Profundidad a pocos
Profundidad atraviesa Profundidad atraviesa
centímetros de la centímetros de la
el elemento el elemento
superficie superficie
 FISURAS 3 Universidad
San Pablo Católica

Y Las fisuras
o,
se inician cuando el esfuerzo FAarmado10 bajoOlcargasera de ricino de Agua parciales. harpijón
servicio
de tracción actuante en una zona del
Ancho
de fisura
elemento es mayor que el esfuerzo de Condición
de Exposición
tracción que resiste el material en esa a e añ
misma zona. Humedad, ales hémedo, anelo 0012 0,30
o, , Productos químicos descongelantes 0,007 0,18
Y La aparición de fisuras en elementos de ptos decia sa
/ umedeciouento y secado ,
concreto o mampostería puede tener 2 27
. o Estructuras para retención de agua? 0,004 0,10
muchas causas y puede significar una
afectación a la función estructural del
elementos, a la durabilidad del
elementos o simplemente un problema
estético.
 Universidad Católica
FISURAS San Pablo

Y” Las fisuras o grietas pueden

[vecs 4-6 mn | 2-3 Meses
representar la extensión
completa del daño o pueden
J

ser síntomas de problemas O ole

estructurales de m ayor Contracción Asentamiento | Contracción
ooCambios
Cambio de
0.
Corrosión
..9Cargas
Errores en
plástica plástico
magnitud, en ese sentido la
porsecado temperatura
AT climáticos del refuerzo
OS
diseño y/o excesivas

causa o causas de la aparición An

de las fisuras deben ser
claramente determinadas antes Fisuras que ocurren Fisuras
Fisuras destructivas
de especificar el procedimiento una sola vez cidos
de reparación. En el caso del
concreto los mecanismos de ESTADO PLÁSTICO ESTADO ENDORESIDO
rn
aparición de fisuras incluyen:
l Jl J
Y Y
Intrínsecos al Concreto Extrínsecos al Concreto
 CONTRACCION O RETRACCION PLASTICA Universidad Católica
San Pablo

Las fisuras de retracción plástica son fisuras relativamente cortas, poco profundas y erráticas (aunque a veces se
muestran paralelas) que pueden aparecer durante los trabajos de terminación en días ventosos, con baja humedad y
alta temperatura del aire. La rápida evaporación de la humedad superficial supera a la velocidad ascendente del
agua de exudación, causando que la superficie del hormigón se contraiga más que el interior. Mientras el hormigón
interior restringe la contracción del hormigón superficial, se desarrollan tensiones de tracción que exceden la
resistencia del hormigón y consecuentemente se desarrollan fisuras en la superficie

Agua de exudación
pz
a
e ay
-

Primeros minutos Luego de varios minutos o primeras 2 horas

 ASENTAMIENTO PLASTICO San Pablo
Universidad Católica

Después del vaciado y

vibrado, el concreto en
estado plástico, tiende a
seguir consolidándose, la
restricción que produce el
acero de refuerzo a esa
consolidación puede
producir fisuras
coincidentes con la
ubicación del refuerzo.
 Universidad Católica
CONTRACCIÓN POR SECADO ¿ San Pablo

Al día siguiente de vaciado el concreto ya se encuentra en estado endurecido pero con gran cantidad de humedad
en su interior que debe ir reduciéndose paulatinamente, la perdida de humedad produce a su vez la contracción
del elemento, pero este elemento esta restringido por el encofrado o conexiones con otros elementos
estructurales por lo que se producirán esfuerzos de tracción que generaran fisuras.

Contracción
y agrietamiento

Losa KE Rodillos

Contracción + libertad para moverse = ausencia de fisuras

- Contracción + restricción de la subbase = fisuras

 Universidad Católica
CAMBIOS DE ESFUERZO POR VARIACIÓN DE TEMPERATURA 3 San Pablo

Una estructura durante su vida útil

puede estar sometida a cambios de
temperatura ambiental, cambios de
temperatura por sus condiciones de
servicio como hornos, cisternas u
otras causas, estas variaciones
temperatura generara expansiones y
contracciones, si los elementos se
encuentras restringidos estas
deformaciones generaran esfuerzos
de tracción que pueden generar
fisuras.
C AMBI OS Cc LIMÁTI COS ¿Encadia
Universidad Católica

Estructuras expuestas a ciclos de hielo y deshielo así como a cambios de humedad. :

En ambientes donde la temperatura baja menos cero grados centígrados, se produce hielo en la superficie y
debajo de los elementos de concreto, el hielo se expande y produce daños en el concreto porque los cristales de
hielo aumentan de tamaño. Cuando hay cambios de humedad el concreto absorbe la humedad del ambiente
generando cambios de volumen que pueden generar fisuras.

CORROSIÓN DEL REFUERZO

Inhibidores de corrosión: Promotores de corrosión:

Concreto de alta calidad - Oxigeno, Agua, Corriente 4

- Concreto con pH Alto protege eléctrica, Ambientes que

superficie del acero de la reducen el pH (alcalinidad), Rate
corrosión. Cloruros, etc. mm/yr

a - |

A O A
GLLLEZLELEZDEDDDRA pH of Concrete
 CORROSIÓN DEL REFUERZO E Universidad Católica
1») San Pablo
Agrietamiento y Desprendimiento
Cormoson

d = Bar Diameter

¡Comer Corrosión% to
CD Raio inAnm Cause Cracking

3509 £. 4%

1538 Z. 1%
ERRORES EN DISEÑO Y/O DETALLADO DE San Pablo

Las fisuras originadas por errores de diseño o por cargas excesivas pueden generar la falla del elemento
estructural en el que aparece. Las mismas tienen las siguientes causas:

Y” Errores de cálculo
Y” Subestimación de cargas
Y” Especificaciones deficientes

CARGAS EXCESIVAS
Se da cuando se aplican a los elementos estructurales solicitaciones para los cuales no están preparados
como pueden ser:

Y” Sismos
Y” Asentamientos diferenciales
Y” Cambios en condiciones de servicio
Y” Impactos
Y” Explosiones
 SISMO E Universidad Católica
San Pablo

Es un fenómeno de sacudida brusca y pasajera de la corteza terrestre producida por la liberación

de energía acumulada, la misma que se libera en forma de ondas sísmicas. Los más comunes se
producen por la fricción en el borde de placas tectónicas, procesos volcánicos, impactos de
asteroides o cometas, o incluso pueden ser producidas por el ser humano al realizar pruebas de
detonaciones nucleares subterráneas.

La norma E-030 establece las condiciones mínimas para que las edificaciones diseñadas según sus
requerimientos tengan un comportamiento sísmico adecuado considerando que:

Y” La estructura debe soportar sismos leves (<6) sin daño.

Y” La estructura debe soportar sismos moderados (7, 8) experimentando posibles daños dentro de
límites aceptables.
Y” La estructura no debe colapsar ni causar graves daños a las personas debido a movimientos
sísmicos severos (9).
 SISMO
py Universidad Católica
San Pablo

Concepción estructural sismo resistente:

Y” Simetría tanto en distribución de masas como de rigideces.

Y” Peso mínimo, especialmente en pisos altos.
Y” Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.
Y” Resistencia adecuada.
Y” Continuidad de la estructura en planta y en elevación.
Y” Deformación limitada.

Criterios de evaluación y reparación de estructuras por causas de sismos

Y” Después del sismo se requiere la participación de un ingeniero civil quien evaluará si es

necesario reforzar, reparar o demoler.
Y” Corregir defectos que provocaron la falla y se comporte de acuerdo a estas normas.
Y” La estructura tendrá rigidez, resistencia y ductilidad.
Y” El proyecto incluirá detalles, procedimientos y sistemas constructivos.
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FALLAS SÍSMICAS TÍPICAS EN ESTRUCTURAS San Pablo

DEFICIENTE ESTRIBAJE:

Estas columnas soportaban un puente, el daño

que se presentó se debió a torsión (rotación
horizontal) en las columnas.
La torsión se traduce en fuerzas cortantes que
actúan sobre el estribo ó zuncho (refuerzo
lateral en espiral).
El zuncho era varilla 44” 30 cm ,lo cual es una
distancia muy grande por lo que la fuerza
cortante superó la resistencia del zuncho y no
fue capaz de confinar el concreto de la
columna.
Zunchos con un espaciamiento menor
proporcionan una capacidad mayor a fuerza
cortante.
 -
LE

FALLAS SÍSMICAS TÍPICAS EN ESTRUCTURAS ) San Pablo

Hotel Terminal, ciudad de

Guatemala, sismo de 1976.
El edificio sufrió torsión
debido a la excentricidad
entre el centro de rigideces
y el centro de masa,
provocando
fuerzas cortantes muy
grandes en las columnas.
Estas fuerzas rebasaron la
capacidad del refuerzo
lateral de las columnas
(estribos).
 Universidad Católica
FALLAS SÍSMICAS TÍPICAS EN ESTRUCTURAS San Pablo

PROBLEMA DE " PISO BLANDO" :

Se presenta cuando un nivel tiene una rigidez

mucho menor que el resto, y es más crítico
cuando éste se encuentra en el 1er nivel. La
diferencia de rigideces en los entrepisos se
puede deber a que entre las columnas se
construyan muros unidos a ellas y de esta
manera hacen mas rígidas los pórticos; y en
planta baja no existen
muros, esto crea una diferencia muy grande de
rigideces. Por tanto, se concentran esfuerzos
Fig. 1. Ejemplos de Edificios con “Piso Blando”.
muy grandes en las columnas que rebasan la
capacidad a cortante de las ellas.
 Universidad Católica
FALLAS SÍSMICAS TÍPICAS EN ESTRUCTURAS San Pablo

PROBLEMA DE " PISO BLANDO" :

Se presenta cuando un nivel tiene una rigidez

mucho menor que el resto, y es más crítico
cuando éste se encuentra en el 1er nivel. La
diferencia de rigideces en los entrepisos se
puede deber a que entre las columnas se
A
construyan muros unidos a ellas y de esta Popayán , Colombia, 1 983 Pisco, Perú, 2007
manera hacen mas rígidas los pórticos; y en o

planta baja no existen

muros, esto crea una diferencia muy grande de
rigideces. Por tanto, se concentran esfuerzos
muy grandes en las columnas que rebasan la |
capacidad a cortante de las ellas. AE -
ES
al ua
Fig. 4. Formación de rótulas y colapso de edificios con piso blando.
 FALLAS SÍSMICAS TÍPICAS EN ESTRUCTURAS
y Universidad Católica
San Pablo

CASO DE “PÉNDULO INVERTIDO”:

Cuando se presentó el sismo, debido a

que se tiene una sola columna en un
sentido, la masa (el techo) se encontraba
arriba. El momento flexionante y la
fuerza cortante máximos se presentan en
la base de la columna. Si la columna no
está capacitada para resistir las fuerzas
inerciales que origina un sismo
(convertidas en cortante y momento
flexionante) puede llegar al colapso
como en este caso
 Universidad Católica
FALLAS SÍSMICAS TÍPICAS EN ESTRUCTURAS San Pablo

CASO DE “COLUMNA CORTA”:

Se produce debido a una modificación

accidental de la configuración original de una
columna, en la misma que se ha reducido su luz
libre limitando su capacidad de deformarse
libremente en sentido lateral. Una mayor rigidez
lateral de una columna implica mayor
resistencia a la deformación, por tanto mientras
mayor es la rigidez, mayor será la fuerza
necesaria para deformarla. Si una columna
corta no está diseñada adecuadamente para
resistir esta fuerza, va a sufrir daño durante el
evento sísmico.
 CAUSA DE FALLAS EN ELEMENTOS DE MAMPOSTERÍA
o Universidad Católica
San Pablo

La falla en los elementos de mampostería son causados principalmente por una mala practica constructiva, errores
de diseño, cargas aplicadas externamente o una combinaciones y sus mecanismos de falla incluyen:

Y” Contracción por secado > La construcción de un muro tiene un alto contenido de humedad el mismo que se
pierde en el tiempo y por la acción de restricciones puede producir fisuramiento.

Y” Esfuerzos térmicos > La variación volumétrica del concreto y ladrillo es diferente y pude producir esfuerzos
internos que generen fisuramiento en su interacción

Y” Errores de diseño o cargas excesivas > Puede generar la falla del elemento.

Y” Interacción indebida con otros elementos estructurales > Es la causa mas frecuente de fisuración y falla de los
elementos de mampostería y se da por la interacción de los elementos de concreto armado y albañilería. El
problema se produce cuando los edificios son flexibles, aun cumpliendo con las derivas máximas del reglamento,
la mampostería que está pegada a la estructura no es capaz de acompañar esos desplazamientos y termina por
fisurarse en un intento de separase de la estructura principal.
 Universidad Católica
J San Pablo
>>F-3.2c Falla por tracción diagonal de los muros de la
fachada del primer y segundo piso por carecer de columnas
y vigas de concreto armado que los confinen. Los daños
llegan a niveles de 364,
habiéndose producido
grietas y desplazamientos
o colapso parcial,
respectivamente. Desde
el año 1971, la FIC/UNI,
se encargó de difundir la
eficiencia de las columnas
al confinar los muros.
En la zona macrosísmica
del sismo ocurrido en la
Región Ica el 15 de agosto
de 2007, no fue fácil, por
ello, encontrar casas sin
columnas que hubieran
sido construidas en las tres
últimas décadas.
 EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS Universidad Católica
3 San Pablo
FASE 1: Recopilación de Información

Para poder emprender la evaluación estructural será necesario primero hacer un acopio de información
que incluya lo siguiente:

Y” Revisión del Proyecto Original

Y” Planos de Arquitectura, originales, de ampliaciones y modificaciones sufridas
Y” Planos de Estructuras, igualmente los originales y de las ampliaciones
Y” Planos de instalaciones, en los casos donde se identifiquen cargas especiales

FASE 2: Visita de inspección ocular

En la visita de inspección ocular se deberá completar una ficha donde se indique lo siguiente:
Y” Características físicas del edificio
Y” Modificaciones que se hayan podido efectuar en relación a los planos disponibles.
Y” Mapeo de fisuras
Y” Coordinación con personal de mantenimiento de las edificaciones para que nos indiquen los eventos
importantes que haya tenido la edificación en su vida útil (comportamiento durante sismos anteriores,
daños que fueron reparados, etc.)
Ensayos no destructivos Universidad Católica
sE ¿ San Pablo
+ VISUAL

0 05.410", 1 20 29" 530

Iitolabalebitatidotolalitadal vlalaledabatodadodadotatol
 DE
EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS Universidad Católica
San Pablo

FASE 3: Levantamiento Estructural (no incluída en la Fase 1 )

En los casos donde no se haya podido cumplir satisfactoriamente la etapa de recopilación de información se deberá
hacer un levantamiento estructural lo cual describimos a continuación:

Y” Definición de secciones geométricas de los elementos estructurales.

Y” Verificación de Armaduras.
Y” Elaboración de planos estructurales.
Y” Verificación de calidad de concreto.

FASE 4: Evaluación Estructural

Con toda la información anterior se hará una evaluación estructural de la edificación que considere lo siguiente:

Y” Revisión de los planos de estructuras.

Y” Modelación y Análisis Sísmico de la Estructura.
Y” Análisis por Carga Vertical.
Y” Verificación de los Elementos Estructurales.
Y” Informe de Evaluación y Seguridad Sísmica.
 Universidad Católica
EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS 3 San Pablo

Verificación del refuerzo en columna existente con un martillo cincelador de

7 kg (15 Ib). Los martillos de más de 7 kg (15 Ib), pueden dañar el sustrato y
el refuerzo.
 EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS E San Pablo

Verificación cimentación existente:

 EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS E San Pablo

Testigos diamantinos (Procedimiento Correcto)

 EVALUACIÓN DE ESTRUCTURAS 3 San Pablo

» Testigos diamantinos (ASTM C42) y Ensayo de compresión (ASTM

C39)

¿MX PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL PERU

KA Laboratorio de Estructuras Antisísmicas-LEDI
MT T MFLE: 799-2006
mayo; Compresión
probeta: Dismárntina 2
110 Velocidad: — Lenin,
Pecho 2000 1417
100- 1 ==
v0 ' 4

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000 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 120 140 160 180 200 220 2:40 260 280 300 220 340 360 380
 Universidad Católica
J San Pablo
= E SCLERÓMETRO (ASTM C 805)
Display range and limits
asA "E E
Last measured value

Minimum value
Maximum value

Compressive strength of concrete

Unit selectable: N/mm?,
MPa, kg/cm”, psi
Number of test impacts

Measurement series number

Shape coefficient of the test specimen

which is used for defining the strength
Outliers can be eliminated according to
three different criteria
Curve for conversion to concrete compressive strength
Mean or median value is calculated after selected number of impacts
Impact direction

Su funcionamiento consiste en una pesa tensada con un muelle. Dicha pesa tensada
es lanzada contra el hormigón y se mide su rebote.
 Universidad Católica
San Pablo
Conclusiones
“Las estructuras de concreto han sido diseñadas para soportar determinadas cargas.
De acuerdo a un análisis estructural.
“Los conceptos de Reparación, Rehabilitación y Reforzamiento son...
“Existen diferentes tipos de fisuras, de acuerdo al fenómeno que las causa.
“Los sismos pueden ocasionar diferentes tipos de falla en las estructuras: piso blando,
péndulo invertido y columna corta.
“Procedimiento de Evaluación de Estructuras.