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“REFORZAMIENTO DE VIGAS CON PLATINAS DE ACERO”
““REFORZAMIENTO DE VIGAS REFORZAMIENTO DE VIGAS CON PLATINAS DE ACEROCON PLATINAS DE ACERO””
Dr. Ing. Carlos Alberto Zavala ToledoDrDr. Ing. Carlos Alberto Zavala . Ing. Carlos Alberto Zavala ToledoToledo
UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Civil
UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultadFacultad de Ingenierde Ingenieríía Civila Civil
1ER CURSO ALEMANIA-MÉXICO-PERÚ: “REHABILITACIÓN Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS EXISTENTES”
1ER CURSO ALEMANIA1ER CURSO ALEMANIA--MMÉÉXICOXICO--PERPERÚÚ: : ““REHABILITACIREHABILITACIÓÓN Y N Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS EXISTENTESREFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS EXISTENTES””
IntroducciIntroduccióón:n:
LLaa reparacireparacióón y reforzamiento de miembros de concreto armado, n y reforzamiento de miembros de concreto armado, deteriorados deteriorados óó de baja resistencia, de baja resistencia, toma unatoma una considerable considerable atenciatencióónnluego de la ocurrencia de eventos sismicos, cambios de uso de luego de la ocurrencia de eventos sismicos, cambios de uso de estructuras o incrementos de carga considerables que llevan al estructuras o incrementos de carga considerables que llevan al elemento en servicio a incursionar dentro del rango no lineal deelemento en servicio a incursionar dentro del rango no lineal de su su comportamientocomportamiento..
--Incrementos de carga considerablesIncrementos de carga considerables--Cambio de usoCambio de uso--Eventos sismicos Eventos sismicos
Por que reforzamosPor que reforzamos::
I Curso Alemania-México-Perú "Reforzamiento de Construcciones Existentes"CISMID-FIC-UNI (c) 2007
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-- Incremento de la rigidez y resistencia a flexiIncremento de la rigidez y resistencia a flexióón del n del elementoelemento, despu, despuéés de la reparacis de la reparacióón y reforzamiento.n y reforzamiento.--Comportamiento deComportamiento del sistema reforzadol sistema reforzado-- Evaluar Evaluar elel tipo de falla tipo de falla del sistema reforzadodel sistema reforzado-- ComparaciComparacióón de resultados experimentales con los n de resultados experimentales con los teteóóricos.ricos.
ObjetivoObjetivo de un Reforzamientode un Reforzamiento::
Casos RealesCasos Reales
Problemas constructivos
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Casos RealesCasos Reales
Vida util de la estructura
Casos RealesCasos Reales
Eventos imprevistos
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Casos RealesCasos Reales
Problemas constructivosCambios de uso
El elemento de concretoEl elemento de concreto
--Todo elemento de concreto tiene la probabilidad de Todo elemento de concreto tiene la probabilidad de experimentar la siguiente secuencia en su experimentar la siguiente secuencia en su comportamiento:comportamiento:
* Fisuraci* Fisuracióón inicialn inicial* Agrietamiento* Agrietamiento* Fluencia del refuerzo* Fluencia del refuerzo* Capacidad m* Capacidad mááxima y colapsoxima y colapso
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EvaluaciEvaluacióón del Agrietamiento :n del Agrietamiento :
-- UbicaciUbicacióón y dimensionamiento del n y dimensionamiento del agrietamiento.agrietamiento.-- DeterminaciDeterminacióón de las caractern de las caracteríísticas del tipo de sticas del tipo de falla.falla.
ACERO A TENSION (FLEXION)GRIETA A FLEXION
TENSION TENSION
COMPRESION COMPRESION
ELEVACION
GRIETA CORTE / FLEXION
ACERO A TENSION (CORTE)
Cur v a C a r ga - de f or ma c i ón ( c a na l 4 ) ( 1° e nsa y o c on a l a mbr e N°16 )
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Def or maci ón ( mm. )
(a) (b) (c)2.70
ELEVACION
ESPECIMEN VIGA DE C/A (0.15x0.40x2.70)
A
A
CORTE A-A
0.15
0.40
Refuerzo: As- 2 φ 3/8”As+ 3 φ 1/2”
Fuente: Ing. German Valdivia
Elemento Estructural falladoElemento Estructural fallado
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Proceso de Reforzamiento EstructuralProceso de Reforzamiento Estructuralcon platinas de Acero Estructural:con platinas de Acero Estructural:
-- Retiro del recubrimiento de concreto del fondo Retiro del recubrimiento de concreto del fondo de viga hasta presenciar la armadura principal.de viga hasta presenciar la armadura principal.
Proceso de Reforzamiento EstructuralProceso de Reforzamiento Estructuralcon platinas de Acero Estructural:con platinas de Acero Estructural:
-- Retiro de todo material suelto sobre la superficie Retiro de todo material suelto sobre la superficie donde se fijardonde se fijaráá la platina de acero.la platina de acero.
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Proceso de Reforzamiento EstructuralProceso de Reforzamiento Estructuralcon platinas de Acero Estructural:con platinas de Acero Estructural:
-- DescripciDescripcióón del refuerzo de la platina de acero.n del refuerzo de la platina de acero.
3"D=3/8"
0.20 0.20
3/8"
1/4"AWS 6011
AWS 6011
1/4"3/8"
AWS 6011
1/4"3/8"
PL 3"x1/4"D=3/8" D=3/8"
Proceso de Reforzamiento EstructuralProceso de Reforzamiento Estructuralcon platinas de Acero Estructural:con platinas de Acero Estructural:
-- Proceso de fijaciProceso de fijacióón de la platina de acero al n de la platina de acero al refuerzo principal.refuerzo principal.
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Proceso de Reforzamiento EstructuralProceso de Reforzamiento Estructuralcon platinas de Acero Estructural:con platinas de Acero Estructural:
-- Encofrado y colocaciEncofrado y colocacióón de pintura epn de pintura epóóxica en la xica en la superficie del vaceado del especsuperficie del vaceado del especíímen.men.
Procedimiento de Ensayo e InstrumentaciProcedimiento de Ensayo e Instrumentacióón:n:
-- Se ensayaron especSe ensayaron especíímenes con las siguientes menes con las siguientes caractercaracteríísticas geomsticas geoméétricas:tricas:
(a) (b) (c)2.70
ELEVACION
ESPECIMEN VIGA DE C/A (0.15x0.40x2.70)
A
A
CORTE A-A
0.15
0.40
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Procedimiento de Ensayo e InstrumentaciProcedimiento de Ensayo e Instrumentacióón:n:
-- La estructuraciLa estructuracióón n del del aparatoaparato cargacarga es es mostrado:mostrado:
ESPECIMEN (15x40x270)
3.30
1.500.355 0.355
0.15 1.20
3.75Viga de Carga
Celda de Carga
0.15
Procedimiento de Ensayo e InstrumentaciProcedimiento de Ensayo e Instrumentacióón:n:
-- DistribuciDistribucióón de n de los equipos de los equipos de ensayo:ensayo:
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Procedimiento de Ensayo e InstrumentaciProcedimiento de Ensayo e Instrumentacióón:n:
EspecEspecíímen Reforzado con Platinas de Aceromen Reforzado con Platinas de Acero
LVTD
LVTDLVTDLVTD
6
2 3 4
75
1LVTD
ESPECIMEN VIGA 03 y 04 (A-36) LVTDLVTD
10
9
8SG
SG
SGSG-9
SG-10
SG-8
Mediciones durante elMediciones durante el EnsayoEnsayo
-- Resultados transductor LVTD 02Resultados transductor LVTD 02
CARGA - DESPLAZAMIENTO: LVTD 02
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40Desplazamiento (mm)
Car
ga (T
) VIGA 01
VIGA 02
VIGA 03
VIGA 04
VIGA 05
VIGA 06
Fuente: Ing. Jose Cartillo
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Mediciones durante elMediciones durante el EnsayoEnsayo
-- Resultados transductor LVTD 03Resultados transductor LVTD 03
CARGA - DESPLAZAMIENTO: LVTD 03
05
10152025
0 10 20 30 40Desplazamiento (mm)
Car
ga (T
)
VIGA 01
VIGA 02
VIGA 03VIGA 04
VIGA 05
VIGA 06
Fuente: Ing. Jose Cartillo
Mediciones durante el ensayoMediciones durante el ensayo
-- Resultados transductor LVTD 04Resultados transductor LVTD 04
CARGA - DESPLAZAMIENTO: LVTD 04
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40Desplazamiento (mm)
Car
ga (T
)
VIGA 01
VIGA 02
VIGA 03
VIGA 04
VIGA 05
VIGA 06
Fuente: Ing. Jose Cartillo
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Durante el ensayoDurante el ensayo
Comparacion de Estados FinalesComparacion de Estados Finales
Refuerzo con Platina
Refuerzo con Fibra
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Vigas Reforzadas con Platinas de Acero
0123456789
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Curvatura (x1E-5)
Mom
ento
(t-m
)
Viga 03Viga 04
Result. Experiment. Vigas Ref con Platinas de Acero
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25 30 35Desp (mm)
Car
ga (t
)
Viga03Viga04
Mediciones durante el ensayoMediciones durante el ensayo
Vigas con RefuerzoVigas con Refuerzode platinade platina
ModelaciModelacióónn TeTeóóricricaa::
Un anUn anáálisislisis elastoelasto –– plpláástico para predecir la respuesta stico para predecir la respuesta de una seccide una seccióón rectangular, de una viga de concreto n rectangular, de una viga de concreto armado con bajo refuerzo, teniendo en su armado con bajo refuerzo, teniendo en su ladolado enenttracciraccióónn de la viga de la viga ununaa platinaplatina de de aceroacero(reforzamiento)(reforzamiento)..La vigaLa viga ensayada ensayada fue sometida afue sometida a carga estcarga estáática en los tica en los tercios y simplemente apoyada tercios y simplemente apoyada para producir una para producir una fallafalla a a flexiflexióón.n.
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CCáálculos Telculos Teóóricos:ricos:
-- Se asumieron curvas teSe asumieron curvas teóóricas de Esfuerzo ricas de Esfuerzo deformacideformacióón de los materiales.n de los materiales.
CCáálculos Telculos Teóóricos:ricos:
- Se adoptó la siguiente curva P - ∆ para las vigas reforzadas con platinas de acero estructural.
(1) AGRIETAMIENTO DEL CONCRETO
DESPLAZAMIENTO
(5)(4)
FLUENCIA DEL ACERO A-36
CA
RG
A
(2)
FALLA DEL CONCRETO EN LA ZONA A COMPRESION
ESFUERZO DEL CONCRETO f'c
(3) FLUENCIA DEL ACERO CORRUGADO
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CCáálculos Telculos Teóóricos:ricos:
C
Ts
pT
CCáálculos lculos TeTeóóricosricos sin refuerzo y con refuerzosin refuerzo y con refuerzo::
- Resultados obtenidos:
0123456789
10
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Curvatura (x1E-05)
Mom
ento
(t-m
)
Teorica-Reforz
Teorica-SinReforz
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16
0
1
2
3
4
5
6
7
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Curvatura (x1E-05)
Mom
ento
(t-m
)
Sin reforzar-teorica
Viga03
Viga04
Resultados en Vigas ensayadas sin refuerzo Resultados en Vigas ensayadas sin refuerzo y comparaciy comparacióón con Modelo Teoricon con Modelo Teorico
Vigas sin Reforzar
0123456789
0 500 1000 1500 2000 2500 3000Curvatura (x1E-5)
Mom
ento
(t-m
)
Viga 03
Viga 04
Resultados Experimentales de Vigas sin Reforzar
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Desp (mm)
Car
ga (t
)
Viga03
Viga04
Mediciones durante el ensayoMediciones durante el ensayo
Vigas sin RefuerzoVigas sin Refuerzo
Fuente: Ing. German Valdivia
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Resultados en Vigas ensayadas con refuerzo Resultados en Vigas ensayadas con refuerzo y comparaciy comparacióón con Modelo Teoricon con Modelo Teorico
0123456789
10
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Curvatura (x1E-05)
Mom
ento
(t-m
)
Teorica-ReforzTeorica-SinReforzExp-SinReforz V04Exp-Reforz V04
0123456789
10
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Curvatura (x1E-05)
Mom
ento
(t-m
)
Teorica-ReforzTeorica-SinReforzExp-SinReforz V04Exp-Reforz V04
ComparaciComparacióón de Curvas Momento n de Curvas Momento -- CurvaturaCurvatura ::
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ComparaciComparacióón en Costosn en Costos ::
- Costos de Reparación y Reforzamiento /m de viga:
CFRP AceroCosto /mLineal de
Viga
Tipo de ReparaciónInyecciones de R. E.
Tipo de Reforzamiento
$30.00 $90.00 $20.00
Fuente: Ing. Jose Castillo
Conclusiones :Conclusiones :
- Las inyecciones de resinas epóxicas restituyen la rigidez y resistencia inicial del elemento de concreto armado
- Los niveles de incremento de resistencia del reforzamiento con la platina de acero son de aproximadamente el 10% de la viga en estado no fisurado.
- Los costos de reforzamiento hacen más preferible la opción del reforzamiento con platinas de acero.
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