ITEA - webaero.net · 1. INTRODUCCIÓN Actualmente, la industria de la construc-ción considera con...

Sistemas estructurales:Rehabilitación y reparación

Instituto Técnicode la Estructuraen Acero

I T E A

20

ÍNDICE DEL TOMO 20

SISTEMAS ESTRUCTURALES:REHABILITACIÓN Y REPARACIÓN

Lección 20.1: Reforzar las estructuras .................................................. 1

1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 4

2 NIVELES DE RECONSTRUCCIÓN ................................................................ 5

3 TRABAJOS TEMPORALES ........................................................................... 7

3.1 Recalzo de muros y apuntalamiento ................................................... 7

3.2 Estabilización de los elementos verticales ........................................ 8

4 SISTEMAS PARA REFORZAR (REPARACIÓN Y REFUERZO) ................... 11

4.1 Refuerzo de las estructuras de mampostería .................................... 11

4.2 Estructuras de madera ......................................................................... 12

4.3 Estructuras de hormigón ..................................................................... 14

4.4 Estructuras de hierro y acero .............................................................. 15

5 RESUMEN FINAL ........................................................................................... 18

6 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 18

7 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL .......................................................................... 18

Lección 20.2: Transformación y reparación .......................................... 19

1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 22

2 MODIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS DE EDIFICIOS ................................... 23

2.1 Vaciado ................................................................................................... 23

2.2 Introducción ........................................................................................... 23

2.3 Ampliación ............................................................................................. 23

2.4 Reducción de la carga permanente .................................................... 24

I

ÍNDICE

3 CONSIDERACIONES GENERALES EN LA REPARACIÓN ........................ 25

3.1 Construcción ......................................................................................... 25

3.2 Sustitución de cubiertas ...................................................................... 25

3.3 Corrosión de la estructura de acero existente ................................... 25

4 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EL CENTRO HISTÓRICO DE ANCONA, ITALIA ............................................................................................................ 26

5 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EDIFICIO PARA OFICINAS VAN LEER EN AMSTELVEEN, PAÍSES BAJOS ............................................................. 28

5.1 Montaje de la estructura principal y de apoyo ................................... 28

5.2 Descenso del piso ................................................................................. 29

5.3 Finalización de la estructura ................................................................ 29

6 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EDIFICIO PARA OFICINAS, SEA CONTAINERS LIMITED, LONDRES, GRAN BRETAÑA .............................. 30

7 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: GIMNASIO DE CANTU, COMO, ITALIA .. 32

8 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: RUE DE L'OURCQ, PARÍS, FRANCIA .... 33

9 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EDIFICIOS DE QUÍMICA DE LA UNIVERSIDAD TÉCNICA DE BERLÍN, ALEMANIA ........................ 35

10 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: SALA DE EXPOSICIONES ALTER BAHNHOF, ROSENHEIM, ALEMANIA ......................................................... 37

11 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: RUE ST. JACQUES – UN MODERNO APARTAMENTO SOBRE UNA CASA DEL SIGLO XIX ............................... 38

12 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: ABADÍA DE VAL SAINT-LAMBERT SERAING, BÉLGICA ..................................................................................... 39

13 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: AMPLIACIÓN DEL MUSEO IMPERIAL DE GUERRA, LONDRES .............................................................................. 40

14 RESUMEN FINAL .......................................................................................... 41

15 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 41

16 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL ......................................................................... 41

Lección 20.3: Nuevo Uso de Edificios ................................................... 43

1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 46

2 PRINCIPIOS DE REHABILITACIÓN ............................................................. 47

2.1 Secuencia de construcción típica ....................................................... 47

2.2 Nueva construcción interna – Sistemas de pisos ............................. 47

2.3 Cómo realizar la unión con la fachada ............................................... 48

II

2.4 Sistema de retención de la fachada como parte del trabajo permanente ............................................................................................ 49

2.5 Reestructuración que conlleva modificaciones en la fachada ......... 50

2.6 Consideraciones generales del acero en la reestructuración .......... 50

3 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: DEPENDENCIAS DE TRABAJO EN LA ESCUELA FOLKWANG DE ESSEN-WERDEN, ALEMANIA ........... 51

4 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: KANNERLAND, LIMPERTSBERG, LUXEMBURGO .............................................................................................. 52

5 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EL ROEMERHOF EN ZURICH, SUIZA [2] ....................................................................................................... 54

6 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EDIFICIO PARA OFICINAS WETERINGS-CHANS 165, AMSTERDAM, PAÍSES BAJOS ....................... 55

7 ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EL TRIBUNAL DE JUSTICIA DE ANCONA, ITALIA .................................................................................... 57

8 RESUMEN FINAL .......................................................................................... 59

9 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 59

10 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL ......................................................................... 59

Lección 20.4: Valoración de Vida Residual Tradicional de Puentes ........................................................................ 61

1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 64

2 ELEMENTOS GENERALES .......................................................................... 65

2.1 Las curvas de Wöhler ........................................................................... 65

2.2 La Regla de Palmgren-Langer-Miner ................................................... 66

2.3 Coeficientes dinámicos de los trenes reales ..................................... 67

2.4 Coeficiente dinámico de la carga de la UIC ....................................... 67

3 PASOS PRINCIPALES PARA LA VALORACIÓN DE LA SEGURIDAD DE LA FATIGA DE LOS PUENTES DE FERROCARRILES EXISTENTES ................................................................................................. 71

4 REFUERZO DE LOS PUENTES DE ACERO ............................................... 79

4.1 Consideraciones generales ................................................................. 79

4.2 Métodos de refuerzo ............................................................................. 79

4.2.1 Refuerzo directo ........................................................................ 79

4.2.2 Refuerzo indirecto ..................................................................... 79

4.3 El refuerzo del puente "Angel Saligny" sobre el Danubio ................ 83

III

ÍNDICE

5 RESUMEN FINAL ........................................................................................... 2

6 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 86

7 BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL .......................................................................... 86

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO ............................................... 87

Lección 20.5: Reforma de puentes: Nuevos enfoques ........................ 89

1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 92

2 PROBLEMA .................................................................................................... 93

3 ACTUALIZACIÓN O REPRODUCCIÓN DE PLANOS Y ANÁLISIS ESTÁTICO ....................................................................................................... 94

4 LA BASE DE LA VERIFICACIÓN DE LA TENACIDAD ................................ 96

4.1 "Fragilidad" y "Ductilidad" ................................................................... 96

4.2 Determinación de los elementos vitales ............................................. 96

4.3 Hipótesis sobre grietas iniciales ......................................................... 97

4.4 Principios básicos de verificación ...................................................... 98

4.5 El uso de la integral J ........................................................................... 100

5 PROCEDIMIENTO DE VERIFICACIÓN PRÁCTICA ...................................... 102

5.1 Generalidades ........................................................................................ 102

5.2 Determinación de acrit .......................................................................... 102

5.3 Determinación del tiempo de servicio mínimo N(tp) ......................... 102

5.4 Ejemplo de la aplicación ...................................................................... 104

6 VERIFICACIÓN EN CASO DE REFUERZO ................................................... 106

7 PROCEDIMIENTO SI NO ESTÁN DISPONIBLES LAS MEDICIONES DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES .......................................... 107

8 RESUMEN FINAL ........................................................................................... 108

9 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 108

DIAPOSITIVAS COMPLEMENTARIAS .......................................................... 109

IV

ESDEP TOMO 20SISTEMAS ESTRUCTURALES:

REHABILITACIÓN Y REPARACIÓN

Lección 20.1: Reforzar las estructuras

1

3

OBJETIVOS/CONTENIDO

OBJETIVOS/CONTENIDO

Ofrecer definiciones generales. Describirlas diversas formas de trabajos temporales reque-ridos en dichos proyectos y proporcionar una intro-ducción a los problemas del refuerzo de estructu-ras por medio de acero. Identificar las ventajas delacero en estas actividades.

CONOCIMIENTOS PREVIOS

Ninguno.

LECCIONES AFINES

Lección 20.2: Transformación y Reparación

Lección 20.3: Nuevo Uso de Edificios

RESUMEN

En el futuro la industria de la construcciónse preocupará cada vez más por la rehabilitación,el nuevo uso y la transformación de los edificiosantiguos. Se han desarrollado numerosas técni-cas especializadas para reforzar las estructurasde edificios, en todos los casos, las estructurasde acero ofrecen ventajas únicas en cuanto aconstrucción prefabricada y en seco, velocidad yfacilidad de montaje, inmediata resistencia sus-tentadora y relación entre alta resistencia y peso.

1. INTRODUCCIÓN

Actualmente, la industria de la construc-ción considera con un interés especial la restau-ración del patrimonio arquitectónico. En el futuroesta industria se preocupará exhaustivamente delrefuerzo, nuevo uso y modernización de los edifi-cios antiguos que puedan haber sufrido dañoscomo consecuencia de la acción atmosférica, losterremotos, etc.. Lo ideal sería que la necesidadde reforma se considerase como parte del pro-yecto original, proporcionando flexibilidad y adap-tabilidad dentro de la forma estructural utilizada.Desgraciadamente, muchos de los edificios quese reforman actualmente fueron proyectados yconstruidos hace muchos años, antes de la intro-ducción de características tales como los moder-nos sistemas de aire acondicionado, redes detelecomunicaciones y revestimientos livianos. Auncuando se hubieran tenido en cuenta las necesi-dades de la renovación de equipos de los edifi-cios, apenas se podría esperar que se hubieranprevisto los inmensos avances que han tenidolugar. La facilidad del reacondicionamiento de losedificios se ha convertido actualmente en unaimportante consideración del proyecto.

Algunos de los edificios que se van a refor-mar pueden ser normales y corrientes, peromuchos poseen un interés histórico y arquitectó-nico. En todos los casos, el acero es un materialideal para los trabajos de reforma, tanto desde unpunto de vista estructural como arquitectónico.

Las estructuras de acero ofrecen unabase apropiada para cualquier tipo de reforma y

trabajo de reconstrucción, tanto temporal comopermanente. Debido a que se elabora fuera de laobra, se reducen al mínimo los requisitos deespacio en lo que a menudo son obras muy limi-tadas y congestionadas. Puede montarse rápi-damente, en muchos casos sin necesidad deequipo de elevación pesado, puesto que se tratade una forma de construcción relativamente livia-na. La interrupción de las operaciones habitualesdentro del edificio existente se reduce al mínimo,ya que se pueden eliminar los oficios del cemen-to y del mortero y la nueva estructura es capazde soportar la carga inmediatamente sin necesi-dad de puntales.

En cualquier trabajo de reparación oreconstrucción es necesario llevar a cabo unavaloración inicial de las necesidades de laestructura existente [1]. Este examen tiene queconsiderar si el edificio existente es apropiado ono para su mejora y si los elementos de cons-trucción existentes pueden soportar nuevas car-gas o si, en caso necesario, pueden cambiar deubicación para adaptarse a los nuevos requisitosde planificación.

Esta lección perfila la gama de activida-des de reforma que pueden ser necesarias.Describe en detalle los tipos de trabajos tempo-rales que están relacionados con las reformas.Se examinan los métodos para reforzar lasestructuras de mampostería, madera, hormigón,hierro y acero existentes. En las lecciones 20.2 y20.3 se abordan con más detalle actividades dereforma más exhaustivas que suponen modifica-ciones estructurales y reestructuración.

4

2. NIVELES DE RECONSTRUCCIÓN

Desde el punto de vista estructural, sepuede utilizar ampliamente el acero en todas lasformas de trabajos de reforma de estructuras exis-tentes. Estos usos se pueden describir por ordende importancia de acuerdo con la siguiente clasi-ficación: garantizar la seguridad, la reparación y elrefuerzo.

Garantizar la seguridad es además lo pri-mero en orden cronológico, cuando se requiereuna acción de carácter temporal. Puede requerir-se una acción urgente en el caso de estructurasque se han vuelto poco seguras, debido a dañosaccidentales, cargas excesivas o simplementedeterioro prolongado y no verificado. Quizás tam-bién sean necesarios los trabajos temporalesantes de iniciar cualquier otra actividad de cons-trucción permanente. En todos los casos, el obje-tivo es conseguir una adecuada seguridad acorto plazo tanto para las personas como para laobra.

Después de conseguir la seguridad, lassiguientes etapas, tanto lógica como cronológi-camente son la reparación y el refuerzo.

La reparación implica la realización deuna serie de operaciones en la estructura de unedificio dañado, con el fin de conseguir su anti-gua eficacia estructural. Por otra parte, el refuer-zo supone la mejora del rendimiento estructural,con el fin de permitir que el edificio cumpla nue-vos requisitos funcionales (por ejemplo, condi-ciones de cargas más pesadas relacionadas conun cambio de uso) o condiciones ambientales(tales como la ubicación en un área reciente-mente declarada como sujeta a condiciones sís-micas).

Las operaciones de refuerzo se puedensubdividir en:

• modificaciones en los elementos estruc-turales particulares de un edificio, con elfin de alcanzar un grado de seguridadmás alto, pero sin modificar significati-vamente el rendimiento global;

• modificaciones en la estructura global,por ejemplo, en el caso de alargamien-tos verticales u horizontales, o siempreque las modificaciones den lugar a unaforma estructural diferente a la original.

Existen numerosos sistemas de refuerzobasados en el uso de acero que pueden utilizar-se para restaurar estructuras de mampostería,madera, hormigón armado, hierro y acero.

Las modificaciones estructurales, queconsisten en la modificación total o parcial de ladistribución funcional y de las dimensiones volu-métricas, junto con las demás características deledificio, incluido el sistema estructural original,están relacionadas con trabajos de rehabilita-ción. Estos trabajos pueden conllevar la aperturade espacios internos, la inserción de una estruc-tura adicional, la ampliación en sentido vertical yla eliminación de partes del edificio existente conel fin de reducir las cargas.

Cada vez más, la reforma implica unacompleta reestructuración de un edificio, de cuyaconstrucción original sólo se conserva la facha-da. Este proceso requiere un minucioso análisisde la estabilidad de la fachada durante la refor-ma, demolición del interior y construcción de lanueva estructura, incluidas las uniones con lafachada que se ha conservado.

La elección del acero como elemento dereforma se basa en buena medida en su granrendimiento mecánico. Cuando se va a restaurarun edificio de interés histórico, la operación esmás delicada y el uso de acero estructural pre-senta más ventajas. Dicho trabajo supone la con-servación de edificios existentes y su integracióncon un nuevo uso.

Diversas recomendaciones internaciona-les sobre restauración reconocen que el usode métodos de construcción del pasado qui-zás ya no sean convenientes ni posibles pormuchas razones, sobre todo de tipo tecnológi-co, la tradición de construcción, nuevos requi-sitos funcionales y la falta de disponibilidad demateriales antiguos. Estas recomendaciones,especialmente en casos que implican una recons-

5

NIVELES DE RECONSTRUCCIÓN

trucción parcial, también indican la necesi-dad de utilizar tecnologías y materiales quese adapten en forma inequívocamentemoderna.

El acero cumple estos requisitos y, porconsiguiente, se utiliza ampliamente en el traba-jo de restauración en todo tipo de monumentos yedificios antiguos.

6

3. TRABAJOS TEMPORALES

Los trabajos temporales normalmenteson responsabilidad del contratista de obras,más que del ingeniero estructural. No obstante,comprender los puntos principales que senecesitan tener en cuenta a la hora de proyec-tar sistemas de puntales es importante paratodos aquéllos que participan en estas activi-dades. El problema principal es garantizar quecualquier trabajo temporal que contribuya asustentar la estructura existente no obstaculicelos futuros trabajos finales. Los sistemas apro-piados deben ofrecer facilidad de montaje yproporcionar flexibilidad de construcción. Coneste fin, el acero, con su forma prefabricada,permite proyectar y adaptar soluciones están-dar de forma que se ajusten a los requisitosespecificados.

3.1 Recalzo de Muros y ApuntalamientoLas áreas más frecuentes en las que el

ingeniero estructural tomará parte en los trabajostemporales son las de recalzo de muros y apun-talamiento, con el fin de proporcionar un sistemaque soporte las cargas verticales. La diapositiva1 muestra una estructura hecha de perfiles deacero laminado en caliente, que se proyectó para

el apuntalamiento temporal de los pilares de pie-dra del vestíbulo del Palazzo Carigliano de Turín.

El trabajo de restauración supu-so la sustitución de los antiguosforjados por unos nuevos, con-sistentes en perfiles IPE y HEcon chapas de acero perfiladas,que actúan como encofrado.

Cuando se forman grie-tas en las paredes, es necesa-rio bajar las cargas proceden-tes de la parte superior haciacimientos temporales mientrasse introducen las nuevas barrasde apoyo. Si se utilizan perfilesde acero como elementos deapuntalamiento, es importantecomprobar la resistencia y elpandeo de los mismos (diaposi-tiva 2).

7

TRABAJOS TEMPORALES

Diapositiva 1

Diapositiva 2

3.2 Estabilización delos ElementosVerticalesA menudo es necesario

proporcionar un apoyo lateraltemporal para la estabilizaciónde muros que se van a conser-var durante la fase de demoli-ción. Existen varios sistemasque se utilizan para esto: punta-les inclinados de gran sección,andamios en forma de puntalesy como celosías, y marcos metá-licos rectangulares dispuestoshorizontal y verticalmente.

El sistema de apoyo para conservar lasfachadas (diapositiva 3) puede colocarse internao externamente. Si se coloca internamente, debeinstalarse mediante cavidades realizadas en laestructura existente y debe asentarse sobrecimentaciones temporales antes de que tengalugar cualquier demolición importante.

Si los trabajos temporales se sitúan exter-namente, entonces, los trabajos pueden realizar-se independientemente de la demolición. En losconcurridos centros de las ciudades es impor-tante proporcionar acceso y protección a las per-sonas, en forma de pórticos de acero sobre lasaceras. Generalmente, las celosías horizontalesascienden por las paredes y extienden las car-gas debidas al viento hacia atrás, a las celosíasverticales (diapositiva 4). Claramente, en dichoscasos los trabajos externos no originan ningúnobstáculo.

En algunos casos, los trabajos temporalespueden situarse en parte internamente y enparte externamente. En todos los casos estáclaro que es importante garantizar que no obsta-culicen las distintas operaciones, especialmenteallí donde las operaciones de recalzo con pilotessean necesarias.

Una alternativa es utilizar puntales hori-zontales que se extiendan entre las paredes late-rales del edificio. Estos puntales pueden introdu-cirse antes de cualquier demolición. Para tramos

8

Diapositiva 3

Diapositiva 4

taculicen las distintasoperaciones, especial-mente allí donde lasoperaciones de recal-zo con pilotes seannecesarias.

Una alternativa esutilizar puntales hori-zontales que seextiendan entre lasparedes laterales deledificio. Estos punta-les pueden introdu-cirse antes de cual-quier demolición.Para tramos más lar-gos puede requerirseun puntal o torre deapoyo central. Esteaparato de apoyonecesitará tener unacimentación temporal que admita las cargasque va a soportar (diapositiva 5). Un sistemaasí de arriostramiento temporal de los murosperimétricos, por medio de anillos horizonta-les de perfiles laminados de acero sujetos alos muros, se utilizó durante la reestructura-ción del antiguo teatro Moller de Darmstadt,Alemania, para su uso como archivo generalestatal (diapositiva 6). También se dispone desistemas patentados de puntales horizontalesde acero.

Un problema lo constituye la necesidad depasar nuevos elementos metálicos a través delos trabajos temporales. Por lo tanto, es necesa-rio estudiar minuciosamente la colocación de lospuntales, para evitar la obstrucción de la nuevaestructura.

Quizás también sea necesario propor-cionar estabilidad en el plano perpendicular alos muros durante la reconstrucción. En estecaso, se pueden unir las fachadas para impe-dir su separación debido a las fuerzas delviento, mediante el uso de perfiles laminadosde acero horizontales o inclinados, sujetoscomo bandas alrededor del perímetro del edi-ficio (diapositiva 7).

9

TRABAJOS TEMPORALES

Diapositiva 6

Diapositiva 5

Quizás también sea necesario proporcionarestabilidad en el plano perpendicular a los murosdurante la reconstrucción. En este caso, se pue-den unir las fachadas para impedir su separacióndebido a las fuerzas del viento, mediante el uso deperfiles laminados de acero horizontales o inclina-dos, sujetos como bandas alrededor del perímetrodel edificio (diapositiva 7).

En muchos casos se requieren diversostrabajos temporales. Por ejemplo, si se va a con-servar una fachada y se va a construir un nuevosótano, será necesaria una combinación de pun-tales inclinados de gran sección, recalzo demuros y puntales (diapositiva 8).

10

Diapositiva 7

Diapositiva 8

4. SISTEMAS PARA REFORZAR (REPARACIÓN Y REFUERZO)

Todos los materiales de construcciónhabituales son propensos al deterioro o desmo-ronamiento en un período prolongado y, por con-siguiente, quizás sea necesario emprenderacciones de reparación para reforzar las estruc-turas debilitadas. Los cambios en el uso de losedificios pueden requerir una mejora en lasresistencias sustentadoras, con el fin de permitirun aumento de la carga aplicada. En cualquiercaso, se puede utilizar el acero de diversasmaneras para reforzar las estructuras existentes.A continuación se describen algunas de estasformas.

4.1 Refuerzo de las Estructurasde MamposteríaEl refuerzo de la mampostería se utiliza

para el aumento de la resistencia sustentadora,en relación con las cargas verticales, así comolas acciones horizontales debidas al asiento delos cimientos, la asimetría de la forma geométri-ca o de la carga, o -más gravemente- la acciónsísmica.

La resistencia sustentadora de cargasverticales puede mejorarse mediante los méto-dos siguientes:

• rodeando los pilares de albañilería deperfiles laminados de acero verticales ypresillas;

• introducción de nuevos pilares de acero,ya sea en perfiles en U realizados en lapared o simplemente colocadas al ladode la pared (diapositiva 9);

El refuerzo de paredes o pilares pararesistir las acciones horizontales se puede sumi-nistrar de la siguiente manera:

• afianzando las paredes de la fachadacon perfiles laminados de acero, dis-

puestos para conformar una serie deanillos horizontales en diversos niveles,unidos mediante tirantes;

• afianzando las esquinas por medio deperfiles laminados de acero verticales,unidos mediante viguetas o tirantes;

• introduciendo un arriostramiento deacero para proporcionar una unióntransversal entre las paredes maestras;

• apuntalando las paredes maestras pormedio de sistemas de arriostramientointroducidos entre los pilares de acero(diapositiva 10).

Los arcos de mampostería pueden refor-zarse mediante el uso de perfiles laminados deacero doblados según un radio apropiado e ins-talados debajo de la estructura existente (diapo-sitiva 11).

11

SISTEMAS PARA REFORZAR…

Diapositiva 9

4.2 Estructuras de Madera

Como una alternativa a una sustitución completa, lospisos de madera, que son espe-cialmente frecuentes en los edifi-cios antiguos, pueden reforzarsecon bastante facilidad medianteel uso de perfiles laminados deacero, utilizando diversos méto-dos de construcción (diapositi-vas 12 y 13):

• se pueden atornillarperfiles angulares a tra-vés de las vigas princi-pales de madera a lasalas inferiores, ya sea

sobre las maderas para permitir quese lleven viguetas sobre el ala, o yasea ensamblándolos debajo de la made-ra;

• se puede colocar un par de perfiles enU o vigas I en cualquier lado de la vigade madera y simplemente atornillarlos ao unirlos mediante chapas metálicas;

• se puede considerar el uso de una chapade acero para conformar una viga deforro, introduciendo la chapa en unaranura practicada en las maderas princi-pales y atornillándola en su posición oasegurándola mediante el uso tanto detornillos como de pegamentos resina-dos suficientes, para aumentar lasresistencias al esfuerzo cortante y a laflexión;

• trabajando desde arriba, si las vigas demadera están en buenas condiciones yvale la pena ponerlas al descubierto,pueden reforzarse mediante vigas en Icolocadas encima y unidas medianteun sistema apropiado de piezas de fija-ción.

Una variante interesante de este últimométodo se utilizó en la restauración de la FortalezaEste de San Martino en Rio, Reggio Emilia. El

12

Diapositiva 10

Diapositiva 11

objetivo era salvaguardarel antiguo piso de maderamediante la creación deuna nueva estructura metá-lica que se encargara desu función de soporte decarga: Se colocaron vigasmetálicas en la parte supe-rior de las vigas de made-ra y se montó una losade hormigón sobre cha-pas de acero perfiladas.Como encofrado perdido,la acción conjunta de laviga metálica y la losa dehormigón se consiguiópor medio de conectoressoldados a la parte supe-rior de las vigas metáli-cas [2].

13


Diapositiva 12

Diapositiva 13

Diapositiva 14

4.3 Estructuras de Hormigón

Las estructuras de hormigón tambiénpueden reforzarse mediante el uso de perfileslaminados de acero, como se muestra en la dia-positiva 14. Se pueden colocar perfiles de viga opilar debajo de o adyacentes a vigas de hormi-gón existentes e inyectarles en su lugar unalechada de mortero de resina epoxi. Por otraparte, se pueden unir chapas de acero a lassuperficies superior e inferior de las losas de hor-

migón o a los laterales de las vigas de hormigónpara aumentar la resistencia al esfuerzo cortan-te y a la flexión. El uso de estas chapas de aceroes una técnica relativamente sencilla; no obstan-te, se deben tener en cuenta tanto la corrosióncomo la protección contra el incendio. Puedenrequerirse rigidizadores a lo largo de los latera-les de las chapas para evitar la distorsión duran-te el proceso de fijación y será necesario dejarorificios de purga para garantizar una coberturacompleta del mortero de resina epoxi.

Los pisos de hormigón yrasillas huecas pueden reforzar-se de forma similar o mediante laintroducción de vigas en I entrelos nervios de hormigón en cavi-dades apropiadas (diapositiva15).

A la hora de reforzar forja-dos de hormigón quizás se nece-site adaptarse a las diferentesformas de la losa de hormigón ycapiteles a cortante (diapositiva16).

Quizás se requieran vigasde celosía de acero de alta resis-tencia para edificios cuando seanecesario transferir cargas muypesadas de nuevo a los pilaresde hormigón.

Ante terremotos o accio-nes elevadas tanto a cortantecomo en el plano horizontal, amenudo se disponen estructurasaporticadas arriostradas entrepilares con un doble objetivo.Aumentan considerablemente laresistencia a las fuerzas horizon-tales y, al mismo tiempo, equili-bran la distribución de la rigidezinterna con respecto al centro deesfuerzas cortantes, con el fin dereducir al mínimo las peligrosasvibraciones torsionales. Las pare-des de cizallamiento con arrios-tramiento de acero (diapositiva

14

Diapositiva 15

Diapositiva 16

19) se hacen conectando perfiles laminados deacero a las vigas y pilares del marco de hormigónarmado. Dentro del marco se disponen diagona-les y contradiagonales según el clásico modelode aparejo belga (diapositiva 17) o según otrosmodelos más apropiados al uso del edificio (dia-positiva 18). La presencia de una sola diagonalpara cada panel rectangular hace posible conse-guir vanos para puertas y ventanas. Un sistemade este tipo se utilizó en el refuerzo sísmico de laestructura de hormigón armado en el ComplejoHospitalario Carderelli de Nápoles, Italia. Tanto elmarco como las vigas de celosía diagonales sehacen generalmente de secciones doble T [2].

4.4 Estructuras de Hierro y Acero

Las tensiones admisibles para el hierroy el acero en la construcción han aumentado

paulatinamente a medida que han tenidolugar mejoras en la fabricación y producción.A finales de la década de 1800 las tensionesadmisibles para la fundición eran de aproxi-madamente una tonelada por cada 6,45 centí-metros cuadrados (1 pulgada cuadrada) ypara el hierro pudelado de aproximadamentecinco toneladas por cada 6,45 centímetroscuadrados (1 pulgada cuadrada). Las tensio-nes admisibles actuales para el acero, que seofrecen en las normas más recientes de pro-yectos de estructuras de acero, son muchomás altas. Evidentemente, es necesario con-siderar la resistencia de las estructuras dehierro y acero existentes en relación con lasnormas vigentes en el momento de la cons-trucción original, aunque con pruebas exhaus-tivas quizá sea posible justificar un ligeroaumento en las tensiones admisibles en aquelmomento.

15


Diapositiva 17

Diapositiva 18

En el Reino Unido se dispone de unaorientación sobre las tensiones admisibles detodos los perfiles que se sabe que sehan laminado desde finales de ladécada de 1880 en fundición, hierropudelado y acero [3].

Al considerar el refuerzo de vigasmetálicas existentes se pueden empleardiversas técnicas (diapositiva 20):

• se pueden soldar chapas operfiles angulares en las alassuperior e inferior;

• se pueden soldar perfiles enU, o perfiles T a las alas;

• se pueden soldar chapas entrelas alas superior e inferior paraconformar un perfil tubular;

• trabajando desde arriba, se puede echaruna losa de hormigón armado, unida alas vigas situadas debajo medianteconectores apropiados (perfiles angula-res, perfiles T, barras, espárragos, etc).soldados al ala superior para desarrollaruna acción conjunta (estructura mixta).

En todos los casos se deben estudiarminuciosamente uniones atornilladas, la uniónentre lo nuevo y lo existente. Si se va a utilizaratornilladura, será necesario tener en cuenta lapérdida inicial de resistencia de la barra existen-te mientras se realizan los orificios de los torni-llos, ya que esta condición temporal puede resul-tar crítica. Si se usa la alternativa de lasoldadura, entonces la especificación de la téc-nica de soldadura debe ser compatible con elmaterial existente. Éstas son algunas reglasbásicas a tener en cuenta:

• la fundición no se puede soldar; exceptoalgunos pequeños accesorios que sopor-tan los elementos no estructurales y quepueden soldarse usando electrodos conporcentaje de níquel muy grande;

• el hierro pudelado se puede soldar; loselectrodos deben ser bajos en hidróge-no y secarse según las recomendacio-nes del fabricante (aproximadamente350 C). Las secciones superiores a 25mm tendrán que precalentarse con el fin

16

Diapositiva 19

Diapositiva 20

de reducir la velocidad de enfriamiento;

• los aceros dulces pueden soldarseusando electrodos que sean compati-bles (generalmente, electrodos bajos enhidrógeno). Puede requerirse un análi-sis minucioso para determinar si elacero es de bajo o alto contenido encarbono. En el primer caso se requiereun precalentamiento para perfiles cuyogrosor sea superior a 25 mm. Los ace-ros ricos en carbono generalmente seelaboraron en el período comprendidoentre 1910 y 1930 y requieren precalen-tamiento para todos los grosores.

Un punto que se debe tener en cuenta esque el acero es un material reutilizable; aunque eledificio que se está examinando puede haberseconstruido en la década de 1950, por ejemplo, elacero puede haberse usado ya con anterioridad aese momento y perfectamente se pudo haber pro-ducido durante el período comprendido entre1910 y 1930. Por consiguiente, algunos perfileslaminados de acero deberían siempre probarseantes de decidir la especificación final.

Una vez que se ha decidido la especifica-ción, éstos son algunos puntos que necesitantenerse en cuenta a la hora de pormenorizar lasoldadura en obra:

• las soldaduras en ángulo son preferi-bles a las soldaduras a tope, puesto quela preparación es menos extensa;

• realice soldadura en posición planasiempre que sea posible, para garanti-zar que el contratista de la soldadurapueda acceder fácilmente a la posiciónpara soldar y sea capaz de aseguraruna mayor calidad de la soldadura;

• mantenga las soldaduras paralelas a lalínea de tensiones para evitar el cizalla-miento;

• las soldaduras por puntos requierenmenos consumo de calor y, por lo tanto,son más económicas que la soldaduracontinua;

• es necesario precalentar los perfilesmás gruesos con el fin de reducir lavelocidad de enfriamiento y garantizarasí que el metal de base y el metaldepositado alcancen tensiones equiva-lentes;

• realice alguna soldadura de prueba enla obra: suelde una chapa al perfil y rea-lice una sencilla prueba con un martillopara comprobar tanto la ductilidad de lasoldadura como el endurecimiento delmetal de base.

17


5. RESUMEN FINAL• El trabajo de rehabilitación y reconstrucción

puede clasificarse por orden de importanciade la siguiente manera: garantizar la segu-ridad, para la reparación y el refuerzo.

• Los trabajos temporales para garantizar laseguridad incluyen la estabilización de loselementos verticales, con mayor frecuenciaallí donde las fachadas se van a conservarmientras se reconstruye el resto del edificio,y las paredes de apoyo vertical temporal, loque conlleva el recalzo de muros y el apun-talamiento.

• Todos los materiales estructurales, talescomo mampostería, madera, hormigónarmado, hierro y acero, pueden reforzarsepor medio de sistemas apropiados deestructuras de acero.

• Las ventajas de la construcción metálica,tanto en trabajos temporales como derefuerzo, son que se elabora fuera de laobra, es relativamente liviana, es una formaseca de construcción que se monta conrapidez, no requiere apuntalamiento y laresistencia sustentadora es inmediata unavez que el marco está completo.

• La consideración de la necesidad de reformadebería iniciarse con el proyecto original, paraproporcionar flexibilidad y adaptabilidad.

6. BIBLIOGRAFÍA

[1] "Appraisal of Existing Structures", Institutionof Structural Engineers, London, 1980.

[2] "Refurbishment", ARBED, Luxembourg,1989.

[3] "Historical Structural Steelwork Handbook",British Constructional Steelwork Association,London, 1984.

7. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL

1. "Renovation", L’Acier pour Construire, No. 45,June 1992, OTUA, Paris.

2. "Regeneration", Tubular Structures 56, BritishSteel, Corby.

3. Harris, A., "Structural Steel in RefurbishmentProjects", Civil Engineering, Steel Supplement,November/December 1985.

18




19

21

OBJETIVOS/CONTENIDO

OBJETIVOS/CONTENIDO:

Hablar sobre la necesidad de reformaredificios existentes y las diversas formas demodificaciones estructurales que podrían rela-cionarse con dichos trabajos. Destacar cuestio-nes particulares que necesitan tenerse en cuen-ta en la reforma a diferencia de la nuevaconstrucción e ilustrar los principios mediante elestudio de diversos casos.

CONOCIMIENTOS PREVIOS:

Ninguno.

LECCIONES AFINES:

Lección 20.1: Reforzar las Estructuras


RESUMEN

La reforma de edificios cada vez se hacemás frecuente, para permitir que los edificiosantiguos puedan contar con modernas instala-ciones, para conservar los edificios de méritoarquitectónico y debido a que puede ser menoscara que una nueva construcción. El grado dereforma puede variar enormemente desde lasimple reparación a la modificación de laestructura existente, incluida la ampliacióntanto hacia arriba como lateralmente. Debeprestarse atención a las necesidades especia-les de programación, diseño y construcción delos proyectos de reforma. Se describen los prin-cipios de estas necesidades y se ilustran condiversos estudios de casos reales. Se destacael papel concreto de la construcción metálicaen estas actividades.

1. INTRODUCCIÓN

La vida de un edificio no es ilimitada. Noobstante, se espera que la estructura típica deun edificio dure bastante más tiempo que cual-quier otra parte del edificio. La vida puede llegargeneralmente a unos 60 años para la estructura,mientras que se espera que el revestimientodure 30 años, los servicios 20 años, los interio-res cinco años y el equipo de control y comuni-caciones al menos dos años. La necesidad depermitir flexibilidad y proporcionar adaptabilidaden la estructura del edificio tiene, por consi-guiente, una importancia fundamental, no sóloen la etapa de reforma, sino también cuando seproyecta inicialmente el edificio. El equipo delproyecto debería considerar detenidamente esterequisito en la nueva etapa de construcción, deforma que cuando se lleve a cabo una reformaposterior, se puedan adaptar fácilmente lasmodificaciones necesarias. Cuando se cuentacon una estructura metálica existente que se haplanificado y construido correctamente, la opciónde reforma puede ser muy sencilla. Por ejemplo,los típicos edificios de estructura de acero deEE.UU. poseen grandes luces entre pilares, asícomo altura entre forjados, lo que posibilita lamodificación de los servicios y los interiores. Endichos casos, la reforma puede suponer pocomás que un reacondicionamiento y un nuevorevestimiento internos, eliminándose la obra dealbañilería existente y sustituyéndose por unanueva fachada acristalada y liviana.

Existen muchos motivos para decidirreformar un edificio. El equipo de servicio/comu-nicaciones puede estar anticuado con respecto alas necesidades de los usuarios; quizás el edifi-cio necesite una actualización para generar unademanda de inquilinos, o necesite importantestrabajos de reparación para adaptarse a las nue-vas necesidades. Por último, tal vez sea más via-

ble económicamente reformar que reconstruir yen esto pueden influir una programación local eincentivos fiscales. Por ejemplo, en el ReinoUnido, los edificios construidos originariamenteantes de la década de 1940 pueden reunir lascondiciones de un aumento en el área edificableen relación con el área total, lo que permite unárea alquilable mayor que la estructura de nuevaconstrucción equivalente en la misma ubicación.En el caso de un edificio de Finsbury Square,Londres, se han añadido dos pisos adicionales alnivel del tejado, lo que proporciona al cliente unincremento del área alquilable. Evidentemente,es necesario tener en cuenta los aspectos eco-nómicos de la reforma. También puede ser queotros factores, tales como un ‘listado’ de facha-das y estructuras históricas o los requisitos paraconservar el carácter de una zona obliguen alequipo del proyecto a elegir una opción de refor-ma.

Las estructuras de acero se utilizanmucho en la transformación y reparación de edi-ficios existentes. Las principales categorías demodificación estructural (a diferencia de la repa-ración y refuerzo, que, junto con los trabajos tem-porales, se trataron en la lección 20.1, y la rees-tructuración completa, que se examinó en lalección 20.3) son el vaciado, la introducción, laampliación (vertical y horizontal) y la reducciónde la carga permanente.

Los principios de estas categorías sedescriben en las siguientes secciones, que des-tacan cómo se puede utilizar el acero de cons-trucción en particular en dichos trabajos. Sedescriben diversos estudios de casos prácticospara ilustrar cómo se han aplicado estos princi-pios en situaciones reales. En la práctica, la dis-tribución entre estas categorías inevitablementese hace borrosa y esto puede verse en los ejem-plos citados.

22

2. MODIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS DE EDIFICIOS

2.1 Vaciado

El vaciado consiste en la eliminación delas estructuras internas de un edificio y su susti-tución por otras de diferente tipo. Quizás seanecesario debido a los cambios en el uso deledificio que requieran modificaciones en laforma estructural, por ejemplo, la sustitución delos muros de carga por un marco estructural.Los casos más extremos surgen cuando los fac-tores arquitectónicos y/o urbanísticos exigen laconservación de las fachadas de un edificio,mientras que el plan de conjunto del interior secambia completamente; este caso puede defi-nirse como reestructuración y se aborda en lalección 20.3.

2.2 Introducción

La introducción supone la integración denuevas estructuras o elementos estructuralesdentro del volumen global original del edificio.Esta integración no sólo proporciona un áreacubierta utilizable adicional, sino que las áreasinternas pueden también adop-tar nuevas características, deri-vadas tanto de su plan de con-junto más racional como de loselementos estructurales adicio-nales que confieren al edificionuevos valores estilísticos. Elejemplo más frecuente es lacreación de un desván dentrodel espacio de cubierta, con elfin de aumentar la superficiecubierta utilizable dentro de loslímites de un volumen determi-nado. Las estructuras autoesta-bles, a menudo construidasdentro de museos para alber-gar vitrinas de exposicionesespeciales, posiblemente visi-bles en varios niveles, así comolas jaulas de las nuevas escale-

ras y ascensores, también pueden incluirse enesta categoría. En estos casos, es importantereducir al mínimo el efecto sobre la estructuraexistente. Por lo tanto, el acero es muy apropia-do, debido a su alta resistencia, poco peso, sim-plicidad de la construcción en la obra y debido alhecho de que las estructuras metálicas puedendesmontarse, si es necesario, en una etapa pos-terior.

2.3 Ampliación

La ampliación vertical consiste en añadiruno o más pisos sobre la estructura existente,lo que da lugar a un aumento del volumen glo-bal del edificio. Es necesario verificar la resis-tencia sustentadora de carga del edificio origi-nal, teniendo en cuenta las cargas y estructuraadicionales para determinar qué refuerzo, sidebe existir, es necesario. De nuevo, el alto ren-dimiento mecánico (relación entre resistencia/peso específico) del acero le hace muy apro-piado para dichos fines, puesto que contribuyea reducir al mínimo el peso de la nueva estruc-tura.

La ampliación de un edificio lateralmentepuede considerarse en buena medida como unanueva construcción, ya que la interacción con la

23

MODIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS…

Diapositiva 1

estructura existente se limita en gran parte a losdetalles de la unión. En la medida de lo posible,la forma de la nueva ampliación debe estar deacuerdo con la existente, de forma que las líne-as de soportes coincidan, eliminando la necesi-dad de estructuras de transferencia. La resisten-cia sustentadora de carga de los elementosexistentes debe verificarse cuando se requieraque éstos soporten cargas adicionales y, si esnecesario, deben emprenderse medidas derefuerzo. Por otra parte, la nueva estructurapuede considerarse como una forma aislada,totalmente independiente, que, por ejemplo, pro-porcione nuevos soportes adyacentes a los yaexistentes para soportar nuevas vigas.

2.4 Reducción de la CargaPermanente

El proceso opuesto -la reducción de lacarga permanente- puede incluir la demoliciónde uno o más niveles en la parte superior de unedificio, por ejemplo, para reducir las cargas enlas estructuras existentes. También se podríansustituir los pisos, cubiertas o cualquier otro ele-mento estructural, por materiales más ligeros porla misma razón. De hecho, la sustitución de lospesados pisos de madera por ligeras vigas I deacero es muy frecuente (diapositiva 1), como loes la reconstrucción completa de cubiertasmediante el uso de cerchas de acero.

24

3. CONSIDERACIONES GENERALES EN LA REPARACIÓNQuizás sea posible reformar un edificio

existente sin realizar ninguna modificación estruc-tural, especialmente si la necesidad de adaptabi-lidad se ha tenido en cuenta en la etapa inicialdel proyecto. Sin embargo, en muchos casos,particularmente cuando existe un cambio de uso,serán necesarias algunas modificaciones estruc-turales. En cualquier caso, se requerirá un estu-dio completo del edificio existente, para determi-nar el plan de conjunto y el estado estructural [1].Se proyectarán cambios en la estructura quesean compatibles con las demás partes del edi-ficio. Será necesario valorar y tener en cuenta laresistencia sustentadora de carga, en lo que serefiere tanto a medidas de refuerzo (véase la lec-ción 20.1) como a cambios en el reparto de lacarga que podrían derivarse de las modificacio-nes propuestas.

3.1 Construcción

Los procedimientos de construcción pro-bablemente son más críticos en los contratos dereforma que en los nuevos edificios. No hay dudade que será necesario examinar la estabilidaddel edificio completo en todas las etapas, inclui-das la demolición y la rehabilitación. Quizás tam-bién sea necesario tener en cuenta las necesi-dades de los usuarios del edificio, aun cuandoéste vaya a permanecer parcialmente ocupadodurante el trabajo.

3.2 Sustitución de Cubiertas

Las estructuras de las cubiertas de losedificios antiguos a menudo se componen decerchas de madera, que pueden haberse dete-riorado debido a su exposición a los agentesatmosféricos. Una solución apropiada puede sersustituirlas por nuevas cerchas de acero.

Cuando no se puede colocar una nuevacubierta en un edificio monumental, debido alalcance del deterioro del sistema resistente, se

puede hacer una nueva estructura de cubiertatotalmente independiente de la albañilería situadapor debajo. Esta solución se ha utilizado paracrear una cubierta sobre las ruinas de la iglesia deS. Rocco en Morra De Sanctis, Avellino, Italia [2].

3.3 Corrosión de la Estructurade Acero Existente

La corrosión de la estructura de aceroexistente puede constituir un motivo de preocu-pación en un contrato de reforma. No obstante,es inusual que la estructura de acero internaexperimente defectos significativos de corrosióndurante la vida del edificio. Los soportes, si noquedan por el exterior de la albañilería, general-mente no sufren demasiado en el caso de queexista un sistema razonable de pintura antes delmontaje. A menudo se descubre que estossoportes han sobrevivido sin oxidación significa-tiva. La corrosión sólo es probable que constitu-ya un problema cuando la estructura de acero haentrado en contacto con el exterior permitiendopenetrar la humedad. Si se puede mantener unclaro flujo de aire, entonces no debería haberningún problema de corrosión, incluso para unaestructura de acero con un sistema de pinturabastante poco sofisticado.

No obstante, existen ocasiones en las quelos detalles de construcción deficientes han dadolugar a una estructura de acero situada en con-diciones de humedad y sin ventilación, lo queprovoca problemas de corrosión y requiere tra-bajo de reparación.

Están disponibles pautas sobre los siste-mas de pintura para la reforma de los elementosmetálicos existentes [3]. El método básico espreparar la superficie mediante picado, rascadoo cepillado con alambre, en cuyo caso se debe-ría usar un sistema de pintura bastante sencillo,apropiado al entorno en el que se mantendrá laestructura de acero. Por otra parte, si es posibleel acceso a una preparación más minuciosa dela superficie, utilizando una limpieza de chorreoabrasivo con abrasivos húmedos o secos, enton-ces se pueden usar revestimientos modernosmás sofisticados.

25

CONSIDERACIONES GENERALES…

4. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: EL CENTROHISTÓRICO DE ANCONA, ITALIALas estructuras metálicas se han emplea-

do mucho en la rehabilitación de todo el centrohistórico de Ancona, en la región de Capodimonte.Los edificios de mampostería estaban en unavanzado estado de deterioro, originado por losimportantes daños sufridos durante el terremotode 1972, además de terremotos anteriores, enespecial el de 1930, así como los bombardeossufridos durante la Segunda Guerra Mundial.Esta situación ha dado lugar a la evacuación pre-ventiva de prácticamente todos los habitantes dela región.

En todos los edificios de dos o tres pisossobre la planta baja, los muros de ladrillo macizoy sillares estaban muy agrietados y el mortero sehabía descompuesto completamente.

Era necesario un método fiable de rees-tructuración de estos edificios. Se rechazó elmétodo tradicional basado en el refuerzo local delos componentes individuales y, en lugar de eso,se decidió instalar un nuevo sistema estructuralque soportara las cargas hacia los cimientos. Elsistema desarrollado consistía en pilares deacero introducidos en los muros, unidos a vigashorizontales de acero y viguetas secundarias deacero. La nueva estructura, unida conveniente-mente a los muros de hormigón armado de losnúcleos de la nueva escalera, forma un sistemaestructural independiente con relación a las car-gas tanto verticales como horizontales.

Los muros externos, restaurados adecua-damente, aún conservan su forma arquitectónicay proporcionan refugio, pero se les libera de todafunción sustentadora de carga principal. Losmuros internos, que ya no eran necesarios debi-do a la resistencia sustentadora de carga de lanueva estructura, y las antiguas escaleras sedemolieron. Se cincelaron pequeños perfiles enU verticales en los muros perimétricos paraalbergar los soportes HE 200A que sustentan lasvigas maestras del suelo de sección HE 220B.Apoyadas en éstas están las viguetas, tipo IPE220, con separaciones que oscilan entre 1 m y1,2 m, que a su vez sustentan la losa mixta delpiso (diapositiva 2).

La cubierta se reconstruyó con cerchas ycorreas que soportaban chapas perfiladas deacero.

Los trabajos de reforma se llevaron acabo en las siguientes etapas:

• realización de excavaciones en la par-te inferior de los muros para desarrollarlas nuevas zapatas de hormigón arma-do;

• colocación de los pernos de anclaje ylas placas de base;

• después de la colocación de perfiles enU verticales en los muros perimétricos,montaje de pilares de acero en la alturacompleta y arriostramiento temporal deéstos en los niveles del suelo;

26

Diapositiva 2

• construcción de la cubierta con unanueva estructura y reutilización de lastejas existentes en la cubierta;

• desde el piso superior, demolición de losmuros internos y del piso correspondien-te y reconstrucción del nuevo piso conviguetas y vigas maestras y losa mixta;

• consolidación de los muros de hormi-gón armado de los núcleos de las esca-leras con escalones y descansillos colo-cados en la obra;

• unión final de la estructura metálica alos muros existentes y escaleras de hor-

migón armado y fijación con hormigónde sellado;

• finalización con tabiques, enlucido conyeso, revestimientos de los pisos y aca-bados.

Debido a la ilimitada variabilidad de losedificios, tanto en planta como en altura, no fueposible pronosticar con precisión la longitudexacta de cada elemento estructural en particu-lar y se tuvo en cuenta la soldadura de todas lasuniones en la obra.

27

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EL CENTRO…

5. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: EDIFICIO PARA OFICINAS VAN LEEREN AMSTELVEEN, PAÍSES BAJOS

El edificio para oficinas perteneciente aVan Leer, fabricantes de cilindros de acero yembalajes, se construyó a finales de la décadade los años 50 para dar cabida a 500 empleados.Debido a la descentralización de la organizaciónVan Leer, sólo unos 300 empleados han estadotrabajando allí en los últimos años. Al igual quemuchos edificios diseñados antes de la crisis delpetróleo, los costes energéticos del edificio eranmuy elevados.

El edificio constaba de un vestíbulo cen-tral, con un ala de oficinas de dos pisos en formade V en cada extremo. Cada piso de oficinastenía una superficie de unos 1.000 metros cua-drados. Las salas de servicios estaban en el ves-tíbulo central y en edificios auxiliares indepen-dientes. Las alturas de los pisos eran muygrandes: 5,6 m brutos (4,3 m netos) en las alasde oficinas, mientras que el vestíbulo centraltenía una altura de 7,2 m.

La estructura sustentadora de carga esta-ba hecha de acero, con 19 soportes en cada alade 1.000 metros cuadrados, con una separaciónde estructuras de 8,0 m. La distancia entre lossoportes oscilaba, debido a la forma de la plan-ta, entre 8,15 y 9,0 m. Los soportes están situa-dos a unos 3 m de los muros. Los montantes delas fachadas, donde iban colocados los marcosde ventanas y los filtros solares, estaban aleja-dos de los pisos. Cuando se proyectó originaria-mente el edificio, se tuvo en cuenta en loscimientos y la construcción la posibilidad de aña-dir un piso adicional a las alas extremas en unaetapa posterior.

Los principales requisitos del programade reformas fueron:

• reducción de la altura de los pisos enlas alas de oficinas de 5,6 m a 3,75 m,para que, dentro del volumen del edifi-

cio existente, la superficie cubierta útilde oficinas pudiera incrementarse de4.000 metros cuadrados a 6.000 metroscuadrados;

• el proyecto de una nueva fachada, com-pletamente aislada, pero que conserva-ra la expresión original del edificio;

• la creación de nuevas provisiones deservicios en ambas alas, tales comoascensor, escaleras y baños.

En la primera fase se adoptó la siguientesolución:

• colocación de la estructura metálicapara el nuevo piso a 8,25 m;

• montaje de la estructura de apoyo tem-poral bajo la nueva estructura;

• acortamiento de los soportes inferioresen 1,85 m;

• colocación de los gatos;

• liberación de la presión de los gatos yposibilidad de reducción del piso en1,85 m;

• colocación de los soportes cortados ensu nueva posición y soldadura conjuntade toda la estructura.

Este procedimiento se ilustra en la diapo-sitiva 3 y se describe con más detalle a conti-nuación.

5.1 Montaje de la EstructuraPrincipal y de ApoyoSe eliminaron completamente las estruc-

turas de los muros exteriores, dejándose sola-mente los montantes de apoyo. Como se descri-be anteriormente, primero se construyó el nuevopiso (a un nivel de 8,25 m). Todas las vigas,excepto las vigas en voladizo, se elevaron conuna grúa hasta el piso existente a 6,6 m. Lasvigas en voladizo se atornillaron directamente alos soportes existentes.

Se elaboró un equipo móvil especial paracolocar las otras viguetas. Fue necesario elevar

28

las vigas aproximadamente 1,65 m para podermontarlas a la altura correcta. Esto es una situa-ción ideal: las vigas no tienen que levantarsemucho y no se requieren escalas ni andamiaje.

Después de haber colocado la estructuratemporal y de haber sujetado los gatos a lascolumnas existentes, se pudo empezar a cortarlos soportes principales mediante el uso de oxia-cetileno. Este trabajo tenía que hacerse consumo cuidado. El corte debía ser absolutamentehorizontal, ya que las secciones de los soportesse iban a usar de nuevo en el piso superior y seiba a eliminar la menor cantidad posible de mate-

rial. Este corte y eliminación era el proceso másimportante de toda la operación, ya que en estemomento la estructura de apoyo estaba bajo lacarga máxima.

5.2 Descenso del Piso

Cuando se habían colocado todos losgatos, se soltaron los tornillos de unión entre elpiso existente y los montantes. Se presurizaronlos gatos y se levantó un poco toda la estructura.Entonces, se cortaron los soportes existentes yde nuevo se colocó bajo carga la estructura deapoyo. Esto se realizó para eliminar el descensoque tendría lugar cuando se eliminaran lossoportes inferiores. El piso se bajó con el gato1,85 m y se colocó sobre los soportes acortadosen la planta baja.

Se tardó tres horas en hacer descender elpiso los 1,85 m necesarios, a una velocidadmedia imperceptible de 1 cm por minuto. Lasuniones de los soportes se soldaron inmediata-mente después de retirar los gatos.

5.3 Finalización de la Estructura

Las secciones de los soportes que se eli-minaron en la fase anterior se acortaron y se lessuministró una chapa superior. Entonces se vol-vieron a colocar estas secciones entre el pisoque se hizo descender y el nuevo piso. Se sol-daron todas las uniones. Cuando se completó lasoldadura, se pudo retirar la estructura de apoyoy se comenzaron a elevar con una grúa las plan-chas de hormigón prefabricado para el nuevopiso.

Se tardaron cinco meses y medio enconstruir la primera ala y la segunda ala se fina-lizó en un plazo de cuatro meses.

29

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EDIFICIO…

Diapositiva 3

6. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: EDIFICIO PARAOFICINAS, SEA CONTAINERSLIMITED, LONDRES, GRANBRETAÑA

En la orilla sur del río Támesis en Londres,junto al puente Blackfriars, está situado el hotelKings Reach. Se construyó como un hotel en1974/1976, pero nunca se terminó y permanecióabandonado durante algunos años, con todos sus12 pisos y 28.000 metros cuadrados. Fue com-prado por Sea Containers House Limited, quetuvo la previsión de ver el potencial de convertir elarmazón en oficinas y el valor de hacerlo.

La estructura original era en hormigónarmado. La estructura se asentaba sobre pilotes.Por encima del tercer piso, la estructura estabaconcebida como muros transversales de hormi-gón situados cada 3,6 m, siendo ésta la anchuraestándar de los dormitorios. Los muros irán a lolargo de la anchura total del edificio, existiendosólo una pequeña abertura para el pasillo encada piso. Se asentaban en la gruesa losa deltercer piso, transfiriendo las cargas de los muroshacia los pilares situados debajo, que estaban auna doble separación de 7,2 m.

La necesidad básica era eliminar losmuros transversales, de forma que se pudieran

abrir los pisos para uso de oficinas. El alzado ori-ginal de la orilla del río tenía balcones aterraza-dos que ya no se necesitaban para las oficinas.Se requirieron ascensores adicionales, siendonecesaria una modificación sustancial en dosnúcleos de ascensor/escalera. Fueron necesa-rias otras modificaciones, en especial en el mon-taje de aire acondicionado.

El edificio tiene una planta en forma de T,en la que el borde largo, el ala norte, mira haciael río Támesis. El ala sur está en ángulos rectoscon el ala norte.

Tanto el ala norte como el ala sur presen-taban los mismos requisitos básicos de elimina-ción de los muros transversales. Su eliminaciónse consiguió mediante la introducción de nuevosapoyos verticales hacia la mitad del edificio ynuevas vigas en cada piso, para soportar los for-jados, que originalmente estaban sustentadasen los muros que se iban a eliminar. Para com-pletar la estructura, se dejó una longitud de muroen cada extremo que se convirtieron en lossoportes de las fachadas del edificio.

Para ambas alas, se usaron perfiles en Ude acero laminado para las vigas. Se montaron acada lado del muro y se sujetaron fuertemente conpernos a la losa del piso (diapositiva 4). Se cons-truyeron soportes intermedios que actuaron comopilares de planta en el futuro, sustituyendo a los

muros, como soportes convencionalesen el ala norte, puesto que ya existíansoportes debajo que las sustentaban.En el ala sur sólo existía un soporte enel extremo del ala situada debajo deltercer piso; El área restante estabavacía y este ala pasa por encima deuna carretera. Por lo tanto, en el alasur las barras centrales tenían formade péndolas soportadas por nuevascerchas al nivel de la cubierta, todoello siendo sustentado por el cajón ori-ginal de hormigón armado poco flexi-ble que formaban los pisos tercero alcuarto y que cruzaba la carretera.

Entre el forjado de la planta 2y 3 se realizó una estructura median-

30

Diapositiva 4

te el uso de vigas compuestas unidas a los pila-res existentes que actuaban de soporte de lospilares de las plantas superiores, mediante laperforación de la gran losa en la planta 3 (diapo-sitiva 5).

Se estudió minuciosamente el método y lasecuencia de la demolición del hormigón y de laintroducción de una nueva estructura. El método

para transferir la carga de un forjadodesde los muros hasta la nuevaestructura se desarrolló usandogatos planos hidráulicos. De hecho,todos los pisos de cualquier estructu-ra vertical se levantaron con el gatoen una operación, impulsada por unabomba maestra y cuyo objeto eraque todas las flechas de viga y otrosmovimientos de “asentamiento” de laestructura fueran absorbidos por elmovimiento del gato.

Aunque en algunos lugares seusó hormigón armado, la mayorparte del nuevo armazón era acerode construcción y, de hecho, seemplearon unas 2.000 toneladas en

la transformación. La clara ventaja del uso deacero en esto es que el acero no experimentaretracción o fluencia y puede introducirse sinnecesidad de apuntalamiento, permitiendo asíinmediatamente que se sustente la estructurasituada encima. Los únicos requisitos son estu-diar las flechas elásticas, que se pueden explicarmediante contraflecha o mediante levantamientocon el gato hasta su posición.

31


Diapositiva 5

7. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: GIMNASIO DECANTU, COMO, ITALIAUn antiguo edificio industrial de Cantu, en

la provincia de Como, ha sido transformado engimnasio mediante el uso de construcción deacero, para conseguir un cambio de plan de con-junto de la estructura original de hormigón arma-do.

El plan de conjunto existente consistía enuna estructura de hormigón armado de dos pisoscon soportes intermedios. La transformación enun gimnasio requirió desmontar completamente

el interior del edificio, eliminando los soportescentrales y el piso intermedio. La estructura de lacubierta existente ahora se sustenta en nuevospórticos de acero, dispuestos por pares a amboslados de los pilares existentes. En la fachadadelantera, los pórticos atraviesan los muros peri-metrales de tal forma que se crea un interesante

motivo decorativo arquitectónico, que rompe lamonotonía de la fachada (diapositiva 7).

En el interior, los dinteles de la nuevaestructura rodea la viga de hormigón armadoexistente y soporta directamente las correas decubierta (diapositiva 6).

32

Diapositiva 6 Diapositiva 7

8. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: RUE DE L’OURCQ, PARÍS, FRANCIA

Este edificio, situado en el 135 a 145, ruede l’Ourcq y en el 24 a 36, rue Labois-Rouillon,era un edificio industrial originariamente utilizadocomo depósito y planta de embalaje para papely tejidos usados, y posteriormente como alma-cén de muebles. La propiedad tenía que adap-tarse a su nuevo cometido como bloque de apar-tamentos, al tiempo que se debía sacar el mejorpartido de su arquitectura industrial de finales delsiglo XIX (diapositiva 8).

La profundidad del edificio no permitíaque la totalidad del área cubierta se usara paraapartamentos. Por consiguiente, resultó necesa-rio formar un espacio vacío en la sección central.Los arquitectos hicieron uso de esta limitaciónpara crear un espacio interior único, fuertementedefinido aunque muy diferenciado. Formaba unaespecie de columna vertebral que prestaba ser-vicio a todos los apartamentos, permitiéndolesextenderse hacia una tranquila zona de jardines,alejada del ruido de la calle y proporcionándolesluz natural. Esta disposición ofrece a los aparta-mentos un carácter individual con una calle inte-rior privada.

Se han construido pequeños localescomerciales en la planta baja, a lo largo de ruede l’Ourcq y en la pequeña plaza. Esta posiciónse eligió debido al fácil acceso y la animaciónque proporciona a la calle.

Todos los pisos, vigas y soportes del inte-rior del edificio, construidos a principios de siglo,se encontraban en un estado aceptable, sindaños importantes ni corrosión excesiva. Laestructura era muy apropiada al cambio de usodel edificio, ya que sus componentes se habíanproyectado originalmente para soportar pesadascargas industriales.

Los soportes internos que sustentan lospisos están hechos de una estructura de fundiciónen un emparrillado estructural que mide 4 m por 4m. Cuando la nueva disposición creó pequeñascargas, los pilares se dejaron en su estado origi-nal. Para pesadas cargas, los pilares se encerra-ron en una sección cuadrada de hormigón arma-do. Los soportes se sustentan horizontalmente amedia altura mediante las vigas de los entresueloso mediante la fachada de hormigón armado.

Las vigas eran demasiado estrechas yalgunas estaban descentradas. En la mayoría delos casos estaban dispuestas por pares, separa-das un ancho de ala. De vez en cuando, una vigaprincipal estaba formada por dos vigas de dife-

rentes alturas. Algunas veces, lasvigas estaban unidas, otras veces,eran simples. Las uniones eran tanvariadas como las vigas. Por con-siguiente, se han comprobado yreforzado todas las uniones cuan-do ha sido necesario y se hanreforzado los apoyos de las vigasen los pilares.

Los pisos originales esta-ban hechos de viguetas quesoportaban bóvedas de ladrillohueco y capa de compresión. Enciertas zonas, se reforzó el pisocubriéndolo con hormigón en todala altura de las viguetas. En otrasáreas, se tuvieron que demoler oreforzar los pisos.

33

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: RUE DE…

Diapositiva 8

Todo el edificio está techado con unacubierta en diente de sierra, dispuesta en para-lelo a la calle. Las vertientes norte estaban acris-taladas y las vertientes sur estaban cubiertascon tejas. El tramo de las cerchas de diente desierra es doble que el de las viguetas en el nivelinferior. Los pilares que sustentan la cubierta songeneralmente secciones IPN 260.

La transformación que daría lugar al patiointerior hizo necesaria la eliminación de variasluces cenitales norte. La orientación del edificio ysu tipo de cubierta en diente de sierra lo hacían

ideal para el montaje de paneles solares paracalentar agua.

Fue necesario proporcionar una resisten-cia al fuego de media hora para los pisos y el sis-tema resistente. Esta resistencia al incendio seconsiguió en los apartamentos o bien revistiéndo-los de hormigón armado de aproximadamente 70mm de grosor, cuando los pilares caían dentro delos muros cortafuegos entre los apartamentos, obien con pintura intumescente. En los localescomerciales, se utilizó un revestimiento de lana deroca con una cubierta protectora de yeso.

34

9. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: EDIFICIOS DEQUÍMICA DE LA UNIVERSI-DAD TÉCNICA DE BERLÍN,ALEMANIA

La fábrica principal del antiguo edificio dequímica de la Universidad Técnica de Berlín, edi-ficio declarado de interés arquitectónico en 1982,estaba en un buen estado de conservación. Sinembargo, el interior del edificio había sufridomucho debido a los continuos cambios de uso.La capacidad de la sala para dar cabida a lasdiferentes disciplinas y para el número constan-temente creciente de estudiantes también seamplió al máximo y sólo la adición de una nuevaala y la incorporación de patios interiores hizoposible desenmarañar las estructuras. Estatransformación se iba a lograr como un sistemaautorresistente en un estilo arquitectónico con-temporáneo que, sin embargo, guardaría armo-nía con el lenguaje arquitectónico existente en elsiglo XIX.

Se desarrollaron los siguientes pasos deprogramación:

• Transformación del primer piso del alaoeste delantera, para dar forma a tres

laboratorios con una galería directa quese interconecta a una escalera existen-te

• Rediseño de las áreas del vestíbulocomo un prototipo para la reorganiza-ción de todas las partes comunes

• Reconstrucción de una biblioteca en laparte oeste exterior

• Transformación de la antigua zona de labiblioteca en el tercer piso en laborato-rios y salas de topografía

• Reubicación de los talleres, almacenesy cafetería en los patios interiores

• Renovación general de todo el edificio

Era esencial garantizar la continuidad delas actividades académicas durante los trabajosde reforma. Un cálculo estimativo de los costeshabía indicado que era más económico renovarla estructura existente que levantar una comple-tamente nueva.

Los deseos del cliente de más espacio sepudieron satisfacer mediante la colocación deuna galería, que fue posible gracias a los techosaltos (diapositiva 9). La galería está unida a lasescaleras existentes a través de un puente deviguetas metálicas aligeradas (diapositiva 10).

Los nuevos elemen-tos se habían integrado consumo cuidado en la arquitec-tura existente. Se hizo unexhaustivo uso del acero,con el fin de obtener el máxi-mo efecto de esbeltez posi-ble y además aligerar elaspecto interior. El emparri-llado de la estructura metáli-ca se desarrolló de acuerdocon el plan de conjunto deventanas y pilares. El trans-porte y montaje de los ele-mentos estructurales duran-te la fase de construcción sefacilitó mucho mediante eluso de uniones atornilladas.Así, por ejemplo, en la nueva

35

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: EDIFICIOS…

Diapositiva 9

galería un único punto de intersección sirvecomo unión simultánea, entre la suspensión, lasviguetas, los dispositivos de fijación de las lám-paras y la balaustrada.

El pasillo está enlosado con baldosas dearcilla vitrificada, en concordancia con los frag-mentos existentes del antiguo piso. Los modelosde baldosas, la iluminación y la combinación decolores mejoran las estructuras de arcadas ybóvedas de arista.

36

Diapositiva 10

10. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: SALA DE EXPO-SICIONES ALTER BAHNHOF,ROSENHEIM, ALEMANIA

Construido en 1858, este edificio fue ante-riormente un barracón para locomotoras antesde convertirse en una sala de exposiciones en1987. El trabajo de reforma tenía como objetivoconservar el valioso exterior histórico, ademásde complementarlo con modernos conceptosarquitectónicos. La construcción de una nuevacubierta para el edificio iba a conformar la basedel proyecto (diapositiva 11).

En el centro del edificio, existe una galeríasimilar a un armario incorporado a una altura de2,7 m. Como era necesario transformar y des-montar el nivel de esta galería, se eligió un sis-tema resistente formado por pilares de acero desección hueca de 114 mm de diámetro y vigasHE 140 B.

La unión de la nueva cubierta a los murosexistentes se realizó de forma consistente en

todos los puntos de contacto y cierres acrista-lados (diapositiva 12). La nueva estructura decubierta consta de secciones en I IPE 500colocadas por pares, con un tramo de 15 m.Los perfiles angulares soldados sirven paraincorporar cableado. En este proyecto, elacero no sólo sugería imágenes de los ferro-carriles, sino además un material que propor-ciona un contraste interesante y estético a lapesada mampostería.

37

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: SALA…

Diapositiva 11

Diapositiva 12

11. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: RUE ST. JAC-QUES - UN MODERNO APAR-TAMENTO SOBRE UNACASA DEL SIGLO XIX

La oficina en París del arquitecto GeorgesMarios está situada en una casa independientede finales del siglo XIX, cerca de la RueSaint-Jacques, con espacio residencial en elático. En 1988 se decidió ampliar el edificio aña-diendo un piso para proporcionar alojamientoadicional de 130 metros cuadrados. El contratis-ta principal tuvo que trabajar dentro de dos limi-taciones: no se le permitió interrumpir las activi-dades de las oficinas, incluso cuando se retiró lacubierta; además, el peso del piso adicionaltenía que ajustarse a la estructura existente. Porlo tanto, existía la necesidad de una soluciónintermedia entre estabilidad y poco peso.

La estructura exis-tente, que no se habíamodificado con anterio-ridad, era del tipo demampostería tradicio-nal, con un tejado incli-nado cubierto con tejas.La parte superior de lacasa fue demolida y seconstruyeron dos nue-vos pisos. Con el fin depermitir que no se inte-rrumpiese el trabajo delas oficinas, el piso delático se dejó en su lugary se recubrió con unalosa de hormigón arma-do liviano, para adaptarel aumento de carga ysuministrar un cimiento

para la nueva estructura metálica. Estaestructura está formada por pilares de tuboestructural, de 168 mm de diámetro y 6,3 mmde grosor, que sustentan vigas de bordeIPE300 (diapositiva 13). Las viguetas (IPE360) se extienden aproximadamente 8 mentre la estructura de borde y la mamposteríaexistente.

Con el fin de reducir el peso de la cargaen los muros antiguos, Georges Marios eligiómateriales livianos para las fachadas. Estasfachadas eran de paneles de aluminio de 6 mm(fijados en presillas con tornillos de acero inoxi-dable), una cavidad de 35 mm que proporciona-ba aislamiento térmico y acústico, madera con-trachapada de 16 mm, aislamiento de espumade 60 mm y revestimiento interior Fermacel. Entotal, la nueva estructura pesa un poco menos de30 toneladas, 8 de las cuales son el peso de laestructura metálica.

38

Diapositiva 13

12. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: ABADÍA DE VALSAINT-LAMBERT SERAING,BÉLGICA

Después de un incendio en 1983, todo loque quedó de la abadía cisterciense del siglo

XIII fueron los muros y once de los dinteles demadera originales de la sala capitular. Se ela-boró un proyecto para salvar este antiguomonumento y convertirlo en un centro interna-cional de vidriería. Tenía que armonizarse lanueva estructura de la cubierta con la austeri-dad y sencillez de la abadía original. Esta com-binación se logró mediante el uso de dinteles

de acero apoyados en unarmazón curvo, en seccioneshuecas circulares de 193,7mm (diapositiva 14).

A los dinteles se fijantejamaniles de acero resisten-te a la corrosión atmosférica,de 3 mm de grosor, por mediode tornillos autorroscantes,que armonizan bien con elcolor de la obra de mampos-tería original. La luz cenital seconsigue mediante líneas derevestimiento de policarbona-to de la misma magnitud ymétodo de fijación que lostejamaniles, dispuestos aambos lados de la cumbrera.

39

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO: ABADÍA…

Diapositiva 14

13. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: AMPLIACIÓNDEL MUSEO IMPERIAL DEGUERRA, LONDRES

El edificio que alberga el Imperial WarMuseum de Londres fue diseñado en 1815 porJames Lewis como el Hospital Real Bethlem. En1983, se decidió reorganizar el edificio y propor-cionar espacio adicional de exposición, cerrandoel patio con una cubierta acristalada. Apoyadaen soportes tubulares gemelos cada 7 m. Lacubierta de las tres naves consta de dos tramoslaterales a un agua, que salen en voladizo 5,5 mmás allá de la fila interna de soportes, de formabastante similar a una pluma de grúa, parasoportar una bóveda de cañón central, de 12 mde anchura (diapositiva 15). Esta estructura creaun memorable espacio central de 25 m deanchura, 40 m de longitud y que asciende hastaunos 23 m de altura en la parte superior delcañón. Esta superficie es para dar cabida a cinco

aviones suspendidos de las vigas de borde de labóveda utilizando cables de acero. El más pesa-do de todos éstos es el Mosquito de la SegundaGuerra Mundial, con 75 kN.

Por razones visuales, se adoptó una rejillasoporte para la construcción de la bóveda decañón. Esta estructura fue analizada como unaestructura tridimensional completa, con los vola-dizos de apoyo modelados como resortes. Seutilizó una única magnitud de barra tubular -139,7 x 10 CHS- para todas las barras internas,con una sección más grande -219 x 12,5 CHS-para las barras perimétricas. El proyecto sebasaba en tensiones de proyecto inusualmentebajas, porque muchas de las soldaduras se ibana realizar en la obra, y, puesto que se utilizabanbarras tubulares, sólo se pudieron conseguir sol-daduras a tope de penetración parcial. Seemprendió un exhaustivo programa de ensayosno destructivos en las soldaduras de taller y deobra.

Debido a la importan-cia tanto de las toleranciasmuy pequeñas como delaspecto visual, se realizaronmontajes de comprobación.Las comprobaciones incluíanun montaje completo de labóveda de cañón en los talle-res de los fabricantes, antesde su entrega en la obra endoce piezas independientes.En la obra, la cubierta seensambló en el suelo, usandolas mismas técnicas emplea-das durante la comprobacióny, a continuación, se elevómediante grúa hasta su posi-ción, a una velocidad de 3 mpor hora, para la unión a losbrazos del voladizo.

40

Diapositiva 15

14. RESUMEN FINAL

• La reforma de los edificios puede ser nece-saria por diversas razones, incluida la trans-formación o un cambio de uso.

• Los proyectos de reforma requieren un cui-dado especial en relación con cuestionestales como secuencias de construcción y elestado de la estructura existente.

• Existe una amplia gama de actividades dereforma, incluidos el desmontaje o la susti-tución de las estructuras internas y laampliación de los edificios existentes.

• Las ventajas de una estructura de acero enla reforma tienen que ver con su relación dealta resistencia/peso, su construcción sinmortero y prefabricada y su capacidad parasoportar carga inmediatamente.

15. BIBLIOGRAFÍA

[1] "Appraisal of Existing Structures", Institutionof Structural Engineers, London, 1980.

[2] "Refurbishment", ARBED 1989

[3] "Corrosion Protection Guide for Steelwork inBuilding Refurbishment", British Steel, Teesside1990.


1. "Renovation", L’Acier pour Construire, No. 45,June 1992, OTUA, Paris.


3. Harris, A.,"Structural Steel in RefurbishmentProjects", Civil Engineering, Steel Supplement,Nov/Dec 1985

41

RESUMEN FINAL




43

45

OBJETIVOS/CONTENIDO

OBJETIVOS/CONTENIDO

Describir el carácter de la construcción denuevos interiores de edificios detrás de una facha-da conservada o del mantenimiento de unaestructura interior existente y de la sustitución deelementos sustentadores de carga de la fachada.


Ninguno

LECCIONES AFINES

Lección 20.1: Reforzar las Estructuras


RESUMEN

La rehabilitación de un edificio general-mente implica la sustitución de los elementos

estructurales internos sustentadores de carga,al tiempo que se conserva la fachada, aunqueen algunos casos podría ser la estructura exter-na la que se sustituye como parte de un nuevotratamiento de revestimiento. Dicho trabajorequiere un estudio minucioso del programa deconstrucción y, en especial, de la relación entretrabajo temporal y permanente. El campo detrabajos temporales generalmente utilizados endichos proyectos se describe en la lección 20.1.Cuando se pueden introducir característicaspermanentes en una etapa inicial para estabili-zar las partes conservadas del edificio, quizássea posible conseguir ciertos ahorros de cos-tes. Es necesario proyectar detenidamente lasuniones entre la fábrica existente y el nuevo tra-bajo, tanto temporal como permanente, enespecial por lo que se refiere a las cargasimpuestas sobre la estructura conservada y elefecto de las deformaciones del nuevo trabajosobre el material existente. Al mismo tiempo,debe proporcionarse suficiente rigidez lateralpara garantizar la estabilidad. Estos principiosse ilustran con diversos estudios de casos prác-ticos.

1. INTRODUCCIÓN

Como se explicó en la lección 20.2, exis-ten muchas razones para reformar un edificio. Enalgunos casos, la reforma es tan exhaustiva quesólo se conserva la fachada original, reconstru-yéndose totalmente el interior. Este trabajopodría describirse como una rehabilitación yrepresenta la forma más amplia de actividad dereparación o reconstrucción relacionada con losedificios existentes. Aunque generalmente esmás caro que la demolición total y la nueva cons-trucción, puede ser económicamente viable,debido a la programación local o los incentivosfiscales. Por ejemplo, en el Reino Unido los edi-ficios construidos originariamente antes de ladécada de 1940 pueden reunir las condicionesde un aumento en el área edificable en relacióncon el área total, lo que permite un área alquila-ble mayor que la estructura de nueva construc-ción equivalente en la misma ubicación. En elcaso de un edificio de Finsbury Square, enLondres, se han añadido dos pisos adicionales alnivel del tejado, lo que proporciona al cliente unincremento del área alquilable. Evidentemente,es necesario tener en cuenta los aspectos eco-nómicos de la solución más costosa de la reha-bilitación, frente a la opción de empezar desde el

principio otra vez pero obtener un área alquilablemás pequeña.

Otra importante razón para rehabilitar enlugar de reconstruir es cuando las fachadasposeen un interés arquitectónico o histórico, ocuando existen necesidades de mantener elcarácter y aspecto existentes en una zona.

En Europa, muchos edificios que se estánreformando presentan básicamente una cons-trucción de mampostería, con una altura del pisoal techo relativamente baja. La necesidad deconservar la fachada existente tiene general-mente mayor importancia para los proyectistasque la conservación de la estructura interior.Este tipo de reforma puede significar trabajostemporales costosos para empotrar la fachadaexistente, como se describe en la lección 20.1.En otros casos, quizás sea la estructura internala que se conserva, mientras que se realizanmodificaciones en la fachada.

En esta lección se habla sobre los princi-pios constructivos de la rehabilitación y se des-criben algunos ejemplos típicos. Éstos ilustrancómo se puede utilizar el acero para satisfacerlos requisitos estructurales y arquitectónicos.

46

2. PRINCIPIOS DE REHABILITACIÓN

Los principios esenciales de la rehabilita-ción de edificios son similares a los de cualquiernueva construcción, aunque las limitaciones dela fachada existente en cuanto a la magnitud ylos detalles, tales como situaciones de las venta-nas y puntos adecuados para volverse a unir a lanueva estructura interna, influirán claramente enel nuevo plan de conjunto y forma estructural. Sedebe prestar una atención especial a la secuen-cia de construcción, debido a la necesidad deempotrar la fachada en todo momento y degarantizar que ningún trabajo temporal obstruyalos montajes permanentes.

Si la fachada existente presenta una cons-trucción lo bastante sólida, quizás sea factible reu-tilizarla para que soporte las fuerzas horizontalesdel viento y para que proporcione estabilidad a lanueva estructura. No obstante, los edificios cons-truidos con ladrillos y mortero quizás sean incapa-ces de suministrar suficiente resistencia parasoportar nuevas fuerzas y, por lo tanto, pueden sernecesarios sistemas estabilizadores adicionales.

El arriostramiento en cruz de S. Andrés esa menudo la forma más eficaz de proporcionarestabilidad a la nueva estructura y, como en laconstrucción convencional, este arriostramientopuede ubicarse alrededor del núcleo de escale-ra/ascensor. Si el espacio para el arriostramien-to en cruz de S. Andrés es limitado, se puedeusar una construcción de marco rígido, aunquees menos eficaz. Otra posibilidad es hacer usode chapas de acero como voladizos verticales.

En la reforma, la fachada existente puedeser de un material bastante frágil y entonces esnecesario limitar las flechas de viga para evitar lafisuración excesiva. Los requisitos de flechas deviga de la estructura con frecuencia tienen prioridadsobre el proyecto de tensiones y en la construcciónde marco rígido quizás se requieran soportes másgrandes para limitar el movimiento horizontal.

El uso de escaleras de acero prefabrica-das facilita el acceso y mejora la velocidad dereconstrucción.

2.1 Secuencia de ConstrucciónTípica

El procedimiento habitual es proporcionarapoyo temporal a las fachadas, como se descri-be en la lección 20.1. La estructura internapuede entonces demolerse con cuidado y retirar-se de la obra. A continuación, puede montarse elnuevo sistema estructural, pero es necesarioprestar una atención especial a la magnitud delos elementos que se pueden manejar, ya que laobra inevitablemente tendrá un carácter restrin-gido y el acceso puede ser difícil. La ubicacióndel sistema de arriostramiento temporal de lafachada supondrá también un obstáculo.

2.2 Nueva Construcción Interna -Sistemas de PisosEn la reforma puede usarse conveniente-

mente cualquier tipo de piso, aunque el cantototal del piso puede tener una importancia fun-damental. Las alturas de los pisos existentes amenudo deben mantenerse de forma que seadapten a las disposiciones de las ventanas.

Las viguetas de madera pueden ser apro-piadas cuando el carácter interno del edificio asílo requiera. Debido a la retracción o al movi-miento, no se debería depender de la maderapara proporcionar estabilidad, así como tener encuenta las medidas de resistencia al incendio.

Se pueden utilizar unidades de piso prefa-bricadas, que se asienten o bien sobre el alasuperior de los elementos metálicos o sobre unangular de asiento. Esta última posición reduceel canto total del piso, facilitando así la adapta-ción de servicios cuando la altura del piso puedatener una importancia fundamental.

El límite del canto de la estructura del pisoimpuesto por las alturas de las ventanas existen-tes puede tener una importancia fundamental y esnecesario que el sistema estructural tenga encuenta los requisitos del servicio. Un emparrilladode vigas de acero que se extienda en dos direc-ciones se puede usar con los servicios que seextiendan en línea paralela a las vigas primarias.

47

PRINCIPIOS DE REHABILITACIÓN

2.3 Cómo Realizar la Unión con la Fachada

Una vez que se ha completado al menosparcialmente la estructura interna, será necesa-rio formar una unión permanente con la fachadaconservada. El detalle preciso adoptado depen-derá de si se va a transferir alguna carga verticaldesde la nueva estructura a la fachada.

El método habitual para unir la nuevaestructura de acero a la fachada existente es uti-lizar pernos de fijación. Sin embargo, en sueloscon tendencia a la retracción tales como la arci-lla, es necesario examinar la cuestión del movi-miento de los cimientos. La fachada existentehabrá estado soportando carga durante algunosaños, lo que dará lugar al asiento de los cimien-tos. Una vez que se alivia la carga en la fachaday se transfiere a la estructura metálica interna, elsuelo puede volver a su posición inicial y elcimiento de la fachada existente puede comen-zar a aparecer. Al mismo tiempo, los nuevoscimientos empezarán a asentarse, imponiendo

un movimiento diferencial entre la estructura y lafachada. El detalle normalmente adoptado esconformar una unión entre el muro y las vigasperimétricas que posea cierta flexibilidad endirección vertical. Una forma sencilla de haceresto es utilizar una chapa plana (diapositiva 1).

Si no es posible proporcionar suficienteunión a las vigas perimétricas, quizás sea nece-sario unir la fachada al soporte. Esta uniónpuede conseguirse mediante el uso de perfilesangulares soldados a ambos lados del soporte yatornillados en la fachada, empleando anclajesde resina epoxídica (diapositiva 2).

Por otra parte, la fachada puede "unirsede parte a parte" utilizando varillas y arandelasde acero inoxidable. Las varillas se instalan a tra-vés de orificios sobredimensionados, perforados

48

Diapositiva 1

Diapositiva 2

en la fachada y cavidades en el exterior, paraalojar las chapas de tuercas y arandelas.Internamente, el orificio sobredimensionado per-mite el movimiento en sentido vertical; el embri-dado horizontal lo suministra la acción de fijaciónpor medio de las tuercas en cualquier extremode la varilla. El problema principal de esta técni-ca es la necesidad de que quede en buenas con-diciones, que en las fachadas complejas puederesultar una operación cara.

2.4 Sistema de Retención de la Fachada como Parte del Trabajo Permanente

Los marcos metálicos utilizados parasoportar las fachadas pueden incluirse comoparte de los trabajos finales. Generalmente, estaoperación podría suponer la instalación de lossoportes antes de la demolición (diapositiva 3). Sies necesario, se puede proporcionar arriostra-miento angular temporal y se pueden montarinmediatamente las viguetas sobre el nivel delpiso existente si esto es conveniente para la pro-gramación final. Se pueden realizar uniones tem-porales entre las viguetas de acero y la fachadaen forma de una consola de apoyo de plataforma.

Entonces se puede realizar la demoliciónde los pisos y muros internos (dia-positiva 4) y la parte conservada dela fachada se embrida mediante elmarco que se ha instalado.

Una vez finalizada la demo-lición y despejado el lugar de laobra, puede tener lugar la recons-trucción del resto del edificio (dia-positiva 5).

El arriostramiento en cruzde S. Andrés que se proporcionapara estabilizar el marco mientrasse elimina el interior se suprimefácilmente después de que finalizael contrato y constituye una formarelativamente barata de suministrartrabajos temporales.

49

PRINCIPIOS DE REHABILITACIÓN

Diapositiva 3

Diapositiva 4

Quizás se requiera un método combina-do. En el caso de la reconstrucción de los alma-cenes Waring and Gillow"s de Londres, se suje-tó la antigua fachada mediante una estructuratemporal de 210 metros, que constaba de sopor-tes de 300 x 300 UC arriostrados con perfiles enU, que formaban un sistema autorresistente ubi-cado dentro del perímetro del edificio. Estaestructura permitió que la fachada y una zona de5 m de anchura situada detrás de ella se con-servase intacta mientras se demolía la parte res-tante del edificio. Después de reconstruir el inte-rior de acuerdo con un plan de conjunto nuevo ymás funcional, que proporcionaba 14.800 m2 demoderno espacio de oficinas, la estructura metá-lica se retiró gradualmente [1].

2.5 Reestructuración que Conlleva Modificaciones en la Fachada

Si los soportes perimétricos están en unaposición que es inaceptable para la planificaciónarquitectónica del edificio, entonces es posiblecon un marco metálico volver a colocarlos. Estereposicionamiento generalmente implica la cons-trucción de un apoyo de cuna temporal a lasvigas internas que permita que se retiren lossoportes perimétricos (diapositiva 6). Los nuevossoportes pueden entonces unirse a la viga deacero, en este caso mediante el uso de angula-res de unión y llevarse a cabo sobre un nuevocimiento.

2.6 Consideraciones Generalesdel Acero en laReestructuraciónLos mismos principios de construcción efi-

caz de un nuevo edificio también se relacionancon la reforma y, en algunos aspectos, tienen unaimportancia aún más fundamental. Una vez quese ha despejado el lugar de la obra y un nuevosistema está listo para su introducción, a menudoes posible preensamblar elementos de acero enla obra para agilizar el proceso de montaje.

Las ventajas de la estructura de acero esque ésta no experimenta retracción ni fluencia ypuede soportar cargas desde el primer momento.Lo único que hay que tener en cuenta es la resis-tencia y el dimensionado, así como la flecha de ser-vicio. Es evidente la necesidad de limitar la flecha deviga de los elementos metálicos para evitar la fisu-ración de las fachadas que se estén realizando. Elmétodo habitual es precombar la estructura deacero y utilizar cuñas de apriete para crear flechasiniciales antes de completarlo con mampostería omortero.

50

Diapositiva 5

Diapositiva 6

3. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: DEPENDENCIASDE TRABAJO EN LA ESCUE-LA FOLKWANG DEESSEN-WERDEN, ALEMANIA

Después de su restauración, las antiguasdependencias de trabajo de la Abadía deEssen-Werden albergaban el comedor, la cafete-ría, un escenario de arte experimental y salas deensayo. Sólo una pequeña parte del edificio his-tórico se dejó como estaba. La cubierta se des-montó y el edificio se vació completamente. Sólose conservaron las paredes exteriores.

Los nuevos accesorios -torres, escaleras,galerías y terrazas- se introdujeron como unida-des estructurales independientes dentro de loslímites de los muros en ángulo, completamenteseparados del revestimiento exterior.

La nueva construcción está dispuesta detal forma que las únicas cargas impuestas en losmuros exteriores existentes son las del peso pro-pio y el viento (diapositiva 7). Las cargas vertica-les se sustentan en una estructura metálica,mientras que las cargas horizontales son sopor-tadas por los núcleos de hormigón armado situa-dos cerca de la entrada principal, que arriostrantodo el edificio.

La estructura de cubierta per-manece visible desde el interior en lazona del estudio, el escenario experi-mental y el vestíbulo. Las cargas de lacubierta se sustentan en dinteles ycorreas y se transfieren a una celosíaen los ejes transversales del edificio.Por último, la estructura en celosíatransfiere las cargas verticales alsuelo por medio de los soportes. Elarriostramiento se suministra median-te cerchas de tubos de acero quesoportan las cargas horizontales dela cubierta. El arriostramiento fuerade la propia cubierta se consigue gra-cias a estructuras de barras compri-midas transversales y en direcciónlongitudinal mediante dinteles.

51

ESTUDIO DE CASO PRÁCTICO:…

Diapositiva 7

4. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: KANNERLAND,LIMPERTSBERG, LUXEMBURGO

El edificio es un convento perteneciente ala orden de Santa Isabel. Entre las funciones delconvento se encuentra la de dirigir un hogarinfantil que está al cuidado de las hermanas dela Orden. Desde la década de 1970, se veníaobservando que el espacio disponible ya no bas-taba para hacer frente a las necesidades, asíque se decidió reconstruir el hogar infantil. Sedecidió que la antigua ala se convertiría en laresidencia de las hermanas.

Como la disposición de las habitacionesen la antigua ala no era apropiada para la fun-

ción que se le acababa de asignar y los interio-res estaban en un estado de deterioro bastanteavanzado, se tomó la decisión de vaciar el edifi-cio y renovarlo totalmente.

Puesto que las antiguas fachadas orna-mentales y la estructura de cubierta se iban a dejarcomo estaban, los materiales sólo se podían intro-ducir a través de vanos de puertas o ventanas rela-tivamente pequeños, haciendo que el uso de per-files en I fuera especialmente apropiado.

Los pisos existentes se desmontaron pororden y se sustituyeron por nuevas vigas HE 300B o HE 400 B (diapositiva 8). Estas vigas se apo-yan en los muros externos de mampostería, quetienen un grosor de hasta 70 cm. Cuando estaestructura de apoyo se situaba directamentesobre el hueco de una ventana, se introducíauna viga transversal (HE 200 A) en la mampos-tería sobre el dintel de la ventana, con el fin detransferir las cargas de la viga.

Durante la construcción, se tomaron lassiguientes medidas para estabilizar el edificio yla nueva construcción de acero:

• Se colocaron tirantes (de 22 mm de diá-metro) para eliminar la presión lateralejercida por los dinteles principales dela cubierta a dos aguas

• Entre las vigas del techo se colocó unarriostramiento transversal en cruz deS. Andrés hecho de flejes de acero de60 x 10 mm

• Se colocaron riostras intermedias (HE180 A) entre las viguetas

Estas medidas eran temporales y cadauno de los elementos se retiró después de que elhormigón había fraguado y se habían construidolos tabiques estabilizadores.

Con el fin de proteger del fuego la cons-trucción de acero, los soportes HE 200 A secubrieron con metal foraminado y se incorpora-ron a la fábrica circundante (24 cm). Las vigasestán protegidas con planchas de falso techoque son resistentes al incendio.

52

Diapositiva 8

Con un área superficial utilizable de 1.500m2, la nueva residencia de las hermanas tiene cabi-da, entre otras cosas, para 18 salones, 2 huecos de

escalera y un pozo de ascensor, un refectorio conuna cocina, así como una pequeña capilla con unasacristía y un confesionario en el primer piso.

53


5. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: EL ROEMERHOFEN ZURICH, SUIZA [2]La reforma del Roemerhof de Zurich sigue

un modelo muy similar al de Kannerland descritoanteriormente. El edificio posee un notable méritoarquitectónico y fue construido a finales del siglopasado. Para resolver los crecientes problemasde espacio, el Banco consideró dos alternativas:demolición del edificio y reconstrucción de unonuevo, o reestructuración del edificio existente,dando a su interior un plan de conjunto más racio-nal y dejando la fachada sin cambiar. Prevaleció lasegunda alternativa: sin duda era más válidadesde un punto de vista cultural y, además, per-mitía que la actividad comercial continuase en laoficina durante el trabajo, gracias a un programade operaciones muy detallado.

El interior se desmontó completamente yse sustituyó por una estructura metálica arrios-trada por los núcleos de la escalera y el ascen-sor. Las diversas etapas de construcción tuvie-ron lugar de la manera siguiente:

• Construcción de nuevos cimientos

• Apertura de huecos apropiados en losmuros de las fachadas y en los pisos,para montar nuevos soportes de acero,que se introdujeron desde arriba des-pués de dejar al descubierto parcial-mente la cubierta

• Montaje de arriostramientos transversaly longitudinal temporales, para estabili-zar los muros de las fachadas mientrasse retiraban los pisos existentes

• Montaje de las vigas y viguetas horizon-tales

• Acabado de los pisos, hechos de cha-pas perfiladas como encofrado perdidoy losa de hormigón.

El uso de una estructura metálica diolugar a una significativa reducción del peso de laestructura, con lo que se conseguían unoscimientos más ligeros. Gracias a la rapidez delmontaje, también se pudo cumplir el programacon unas interferencias mínimas en la actividadde la empresa.

54

6. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: EDIFICIO PARAOFICINAS WETERINGS-CHANS 165, AMSTERDAM,PAÍSES BAJOS

Este proyecto implicaba la renovación yampliación de unos antiguos grandes almace-nes, construidos originalmente en 1934. Estosgrandes almacenes, proyectados por el arquitec-to J. Dulker para la cadena de moda Winter, yaeran de por sí una renovación parcial de unaantigua escuela técnica. Se había dejado que eledificio se deteriorase desde 1968 aproximada-mente, permaneciendo vacío desde 1975 hastaesta renovación en 1982. El interés particular de

este proyecto es la reutilización de la estructurametálica existente con una nueva fachada deacero.

La historia del edificio había desempeña-do un importante papel en el proyecto. La ideacentral no era fundamentalmente hacer un edifi-cio que ocupara un lugar discreto en la calle, sinollevar más lejos las ideas sugeridas por el arqui-tecto Dulker en 1934: la construcción de unafachada de metal.

La fachada es de acero separada de laestructura. El revestimiento exterior está hechode cajones de acero horizontales rellenos delana mineral. El exterior está cubierto con pane-les verticales, acabados en un revestimiento grisaplicado en fábrica. El interior está acabado enchapa de acero esmaltada, que también contie-ne los elementos de calefacción. Los marcos delas ventanas y los marcos de los escaparatesson de aluminio anodizado.

La estructura existente constaba de vigasy pilares de acero, colocados en los cimientosexistentes en la antigua escuela técnica. Paraesta renovación se eliminaron el revestimientode acero y las viguetas de madera. Con el fin dehacer que el edificio fuera más práctico y obtenerun piso adicional, se llevaron a cabo las siguien-tes operaciones de construcción:

• Los cimientos se reforzaron con pilotes

• Se eliminó una fila de soportes centra-les y se sustituyó por dos filas, redu-ciendo así el vano de 7,70 m y 8,90 m a5,80 m

• Se reforzaron las vigas existentes

• Se colocaron nuevas vigas y pilares deacero para el nuevo piso (diapositiva 9)

• Se construyeron pisos y cubiertas detablero metálico y hormigón fabricado apie de obra

• Todos los pilares de acero existentes seproyectaron en hormigón como protec-ción contra el incendio

• Las vigas de acero se rociaron con unmaterial ignífugo

55


Diapositiva 9

• Se demolieron el pozo del ascensor ylas escaleras existentes y se construye-ron dos nuevas escaleras y un pozocentral con dos ascensores

Al ampliar el tercer piso existente y añadirun nuevo cuarto piso, fue posible aumentar elárea utilizable de 2.150 a 3.140 m2.

56

7. ESTUDIO DE CASOPRÁCTICO: EL TRIBUNAL DE JUSTICIA DE ANCONA,ITALIA

Este edificio se vació completamente y sereestructuró para albergar las nuevas oficinasdel tribunal. Se conservó la disposición de lasventanas, cornisas y todos los adornos de lasfachadas de mampostería que caracterizaban suestilo neorrenacentista.

La principal estructurasustentadora de carga constade cuatro torres de hormigónarmado, de 9 m x 9 m, quecontienen escaleras, ascen-sores y servicios de pisos, yque están ubicadas en lasesquinas del patio cubiertointerior. Estas torres propor-cionan el apoyo vertical a lacubierta y a los cinco pisossuspendidos de ella, asícomo estabilidad horizontalpara resistir los efectos de laactividad sísmica (diapositiva10).

El sistema de suspen-sión de la cubierta consta decuatro pares de vigas encelosías apoyadas en elborde interior de las cuatrotorres de hormigón armado,señalando así el perímetrodel patio cubierto. Cada parde vigas de celosías formauna viga en cajón de 1,80 mde anchura, 4 m de altura,con montantes cada 3,0 m ydiagonales en forma de X.Todas las barras del reticula-do están fabricadas en perfi-les en I de acero, unidos pormedio de cartelas atornilla-das. El anillo interior, forma-do por cuatro pares de vigascon un vano de 21,40 m,

representa el componente clave de la estructurametálica al que están unidas las demás barrasde la estructura:

• Las vigas que soportan los lucernariosde la cúpula, que iluminan el patio inte-rior, descansan sobre los nudos de lasvigas de celosías superiores

• Las vigas, que abarcan la zona situadafuera del perímetro definido por las cua-

57


Diapositiva 10

Diapositiva 11

tro torres, están unidas a los nudos delas vigas de celosías inferiores

• Los tirantes de los cuatro pisos colga-dos debajo arrancan en grupos de cua-tro desde los nudos de las vigas decelosías de los cordones inferiores (dia-positiva 11)

Los cinco pisos colgados de las vigas dela cubierta se relacionan con las cuatro zonasde aproximadamente 9

× 20 m situadas entrelas cuatro torres (diapositiva 12). Constan devigas y viguetas de acero, que soportan losasde piso de tablero de metal compuesto. Lasvigas maestras en la parte interior están sus-pendidas mediante tirantes del anillo de viga encajón, mientras que en la parte exterior des-cansan sobre las estructuras de hormigónarmado que conforman el área perimétricasituada entre las cuatro torres y las fachadasexteriores del edificio. Estaban unidas median-te soldadura a chapas apropiadas colocadaspreviamente en el hormigón. Todos los demáscomponentes estructurales se ensamblaron enla obra con uniones atornilladas. Cada uno delos elementos se fabricó en magnitudes conve-nientes para su transporte dentro del casco his-tórico de la ciudad y el montaje dentro de unárea de gran densidad.

58

Diapositiva 12

8. RESUMEN FINAL• Cada vez es más frecuente la rehabilitación de

los edificios existentes que implique una impor-tante reestructuración y a menudo se encuen-tran ejemplos de trascendencia arquitectónicaque requieren una minuciosa atención.

• Cuando se van a conservar las fachadas yse va a sustituir la estructura interna, unimportante motivo de preocupación esgarantizar la estabilidad de los muros exis-tentes, generalmente mediante trabajostemporales durante la construcción y poste-riormente mediante una apropiada sujecióna la nueva estructura.

• Cuando se pueda introducir una estructurapermanente en una etapa inicial de lasecuencia de reconstrucción, quizás seaposible reducir al mínimo la cantidad de tra-bajos temporales requeridos, ahorrando, deesta forma, costes.

• Es necesario planificar detenidamente losdetalles de la construcción, prestando la debi-da atención a la transferencia de carga entrelos trabajos nuevos y existentes y a la necesi-dad de rigidez en la nueva estructura, tantohorizontalmente, para estabilizar las fachadasexistentes, como verticalmente, cuando laspartes existentes del edificio se van a apoyarsobre nuevos elementos de vigas.

• En el trabajo de rehabilitación, el acero ofre-ce las ventajas de un trabajo de construc-ción prefabricada y sin mortero, que puedesujetarse al edificio ya existente de formarelativamente sencilla y que es capaz desoportar carga inmediatamente después deque se finaliza el montaje.

9. BIBLIOGRAFÍA

[1] "Something Old ...", Building with Steel, Vol. ,No. 4, April 1979, Constrado.

[2] "Refurbishment", ARBED, Luxembourg 1989.


1. "Renovation", L"Acier pour Construire, No.45, June 1992, OTUA, Paris


3. Harris, A., "Structural Steel in RefurbishmentProjects", Civil Engineering, Steel Supplement,Nov/Dec 1985.

4. "Historical Structural Steelwork Handbook",British Constructional Steelwork Association,London 1984.

5. "Innovations in Steel: New Life for OldBuildings", IISI, Brussels 1992.

59

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL



Lección 20.4: Valoración de Vida Residual Tradicional de Puentes

61

63

OBJETIVOS/CONTENIDO

OBJETIVOS/CONTENIDO

Demostrar los medios con los que lospuentes existentes se pueden dar valor y, cuan-do sea necesario, reforzar.


Ninguno.

LECCIONES AFINES

Lección 18.2: Acciones en Puentes

RESUMEN

La mayoría de los actuales puentes deacero de carreteras y ferrocarriles son estructu-ras remachadas construidas en el siglo pasado.

Muchos de estos antiguos puentes se hanreparado o reforzado varias veces después de los

daños sufridos en las Guerras Mundiales o debidoa los cambios en los requisitos de servicio. Esnecesario valorar la seguridad de estos puentespara las modernas cargas debidas al tráfico a lolargo de su duración de servicio probable.

Se ofrece un método clásico para la valo-ración de la seguridad de la fatiga remanente delos actuales puentes de ferrocarriles. Este méto-do se basa en el procedimiento que se ofrece enlas Normas de los Ferrocarriles Alemanes. Hayque advertir que las líneas S-N a las que sealude en este método no se ajustan a las líneasS-N que se ofrecen en el Eurocódigo 3. Además,las hipótesis de seguridad utilizadas en estemétodo son diferentes a las especificadas en elEurocódigo 3. No obstante, el método puedetrasladarse fácilmente al sistema del Eurocódigo.El método se ilustra mediante un ejemplo numé-rico. Se aplican principios similares a los puentesde autopistas.

Se perfilan los métodos generales derefuerzo de los puentes y se ofrece un estudio deun caso práctico.

1. INTRODUCCIÓN

La naturaleza del comportamiento de unpuente exige que la estructura deba estar sujetaa inspección y mantenimiento regulares. Losantiguos puentes de acero que están sometidosa una creciente densidad de tráfico y a cargasdebidas al tráfico quizás necesiten una verifica-ción de seguridad general para evaluarlos, con elfin de determinar su seguridad residual y dura-ción de servicio probable. Esto puede incluir:

• determinación experimental de las ten-siones

• valoración del estado

• refuerzo de los elementos

• sustitución de los elementos

• reducción de la velocidad

• reducción del tráfico

• cierre parcial o total de la línea férrea ocarretera

Los métodos para evaluar la duración deservicio probable de las estructuras existentesse están haciendo cada vez más importantes amedida que crece exponencialmente el númerode estructuras que superan su vida de proyecto.Este crecimiento se relaciona con el auge de laconstrucción de puentes que comenzó hace cienaños. Es necesario sustituir pocas estructurascuando alcanzan su vida de proyecto, porque en

el pasado la vida de proyecto no se definía cien-tíficamente. La mayoría de las estructuras pue-den soportar cargas de fatiga muy superiores asu vida de proyecto original.

La vida de proyecto es ese período en elque se requiere que un puente tenga un rendi-miento seguro, con una probabilidad aceptablede que no necesitará reparación.

Generalmente, se sabe poco de las car-gas, modificaciones estructurales o posible ubi-cación de grietas que con anterioridad se produ-jeron en un puente existente. A partir desencillas hipótesis moderadas y procedimientospor pasos, se puede tomar una decisión adecua-da en relación con la seguridad de la estructura.

En las páginas siguientes se ofrece unmétodo clásico para la valoración de la seguri-dad de la fatiga remanente de los actuales puen-tes de ferrocarriles. Este método se basa en elprocedimiento que se ofrece en las Normas delos Ferrocarriles Alemanes.

Hay que advertir que las líneas S-N a lasque se alude en este método no se ajustan a laslíneas S-N que se ofrecen en el Eurocódigo 3.Además, las hipótesis de seguridad utilizadas eneste método son diferentes a las especificadasen el Eurocódigo 3. No obstante, el métodopuede trasladarse fácilmente al sistema delEurocódigo a su debido tiempo.

64

2. ELEMENTOS GENERALES

2.1 Las Curvas de Wöhler

Un primer paso a la hora deevaluar la duración de servicio pro-bable de un puente de ferrocarrilde acero, ya existente, es valorarsu vida a la fatiga con las curvasde Wöhler.

La rotura por fatiga se pro-duce en elementos sometidos a cargas variablesen valores significativamente inferiores a aqué-llos que provocarían rotura en condiciones está-ticas. Los primeros estudios sistemáticos sobrela fatiga fueron llevados a cabo por Wöhler. Laexpresión que relaciona el número de ciclos N yla variación de las tensiones

∆ σ = σmáx-σmín (ladiferencia algebraica entre los dos extremos deun ciclo de tensiones) puede representarse enuna escala logarítmica como una línea recta.Esta línea se conoce como la curva de Wöhler (ola curva S-N). La resistencia a la fatiga se definemediante una serie de curvas de Wöhler, en laque cada una de ellas se aplica a una categoríade detalles típica (la designación que se da a undetalle soldado o atornillado en particular). Estascurvas se obtienen experimentalmente a partirde un gran número de pruebas. Generalmente,la parte lineal de la curva de Wöhler se definemediante:

Ni = (∆ σR /∆ σi )k . NR (1)

o Ni = C ∆

donde:

C = NR ∆ σRk (2)

o log Ni = log (NR ∆ σRk) - k log ∆ σi (3)

donde:

∆ σ1, ∆ σ2 son variaciones de tensiones indi-viduales en un espectro de proyecto

ni son el número de repeticiones aplicadasde variaciones de tensiones perjudiciales ∆ σi

Ni son el número de repeticiones de varia-ciones de tensiones ∆σ1, ∆σ2.... que provocan la

rotura, correspondientes a n1, n2.... repeticiones de ciclos de tensio-nes aplicados.

NR = 2 × 106 ciclos

∆ σR = resistencia a la fatigaen NR ciclos

k es la inclinación de lacurva.

Existen diferentes formas decurvas de Wöhler que se pueden uti-lizar para los cálculos de los daños:

σki

65

ELEMENTOS GENERALES

Log∆σ N/mm2

50 %

95 %p = 50 %

1

kP = 95 %

NR = 2 · 106

∆δR

Log N

A

Figura 1 Curva de Wöhler con inclinación constante según DS 804

Log∆σ N/mm2

1k = 5

NR = 2 · 106

31,5 N/mm2

Log N

Figura 2 Curva de Wöhler con inclinación y límite de corte según DS 804

• con inclinación única (figura 1); inclusolas bajas variaciones de tensiones con-tribuyen a la fatiga del material.

• con inclinación única y límite de corte(figura 2); las bajas variaciones de ten-siones situadas por debajo del punto dequiebra no contribuyen a la fatiga delmaterial.

• con dos inclinaciones (figura 3); laspequeñas variaciones de tensiones situa-das por debajo del punto de quiebra tie-nen un efecto más pequeño pero finito.

Deberían observarse los puntos siguientes:

1. Las curvas de Wöhler se establecenestadísticamente; no se puede usar unpequeño número de pruebas experimen-tales para modificarlas.

2. Para las estructuras re-machadas, el valor de lainclinación es k = 5,0;para los elementos sol-dados, k posee el valor3,75.

2.2 La Regla de Palmgren -Langer - Miner

El daño acumulativo provo-cado por los diferentes modelos

de carga que actúan en una estructurase determina por:

S = (4)

La ecuación (4) se puede trans-formar (figura 4)

(5)

A partir de la ecuación (1) para una partelineal de la curva S-N

Ni = (6)

Ne = (7)

(e = equivalente)

donde C es un valor constante definidopor N = 2× 106

Sustituyendo las ecuaciones (6) y (7) porla ecuación (5) tenemos:

(8)C

n =

C

n + .... +

C

n +

C

n kee

kiik

22k1i σ∆σ∆σ∆σ∆

σ∆σ∆σ∆

keke

kRR

1 C =

1 N

σ∆σ∆σ∆

ki

ki

kRR

1 C =

1 N

1 N

n =

N

n + ......... +

N

n +

N

n

e

e

i

i

2

2

1

1 ≤

N

n

i

i

i∑

66

Log∆σ N/mm2

k = 5

k = 3

NR = 2 · 106 Log N

901

1

Figura 3 Curva de Wöhler con dos inclinaciones según DS 804

Log λ

1

λ e

λR

∆σmáx

∆σ1

∆σ2

∆σi

∆σe

∆σR

Log∆σ

n1

n1

n2

n2

ni

ni

N1

N2

ne Ni Ne NR

2 · 106Log N

Ni = ( )k * NR∆σR∆σi

Figura 4 Transformación de la historia de tensiones

y finalmente:

Σ ni ∆ σik = ne ∆ σe

k (9)

Las variaciones de tensiones puedenrelacionarse con el valor

∆ σUIC = (máx σUIC - mín σUIC)

donde σUIC son las tensiones resultantesde la carga UIC estándar, con la tolerancia apro-piada para los efectos dinámicos, como se expli-ca más adelante.

Si λ = ∆ σi /∆ σUIC entonces

Σ ni ∆ λik = ne .λe

k (10)

Matemáticamente, la relación expresa laequivalencia entre las diferentes áreas de la figu-ra 4.

2.3 Coeficientes Dinámicos de losTrenes Reales

El efecto dinámico de un tren en movi-miento se expresa generalmente como un por-centaje de la carga no permanente estática. Porejemplo, la Unión Internacional de Ferrocarriles(UIC) y la Norma Alemana DS 805 [2] ofrece lasiguiente expresión para el coeficiente dinámico:

1 + ρ (11)

donde ρ = a1 ρ′ + a2 ρ″ ρ < 1 (12)

ρ′ se refiere a un raíl intacto

ρ″ tiene en cuenta las imperfecciones delraíl

Los valores a1 y a2 son:

La Norma Alemana [2] ofrece las siguien-tes definiciones de la calidad de los raíles:

Calidad 3 - Imperfecciones de 2 mm deprofundidad en una longitud de 1000 mm; gene-ralmente antes de 1930, o cuando la velocidad v< 80 km/h

Calidad 2 - Imperfecciones de 1 mm deprofundidad en una longitud de 1000 mm del raíl;para una velocidad 80 < v < 140 km/h

Calidad 1 - sin imperfecciones del raíl;para v > 140 km/h

Los valores de ρ′ y ρ″ se ofrecen en lastablas 1 y 2.

2.4 Coeficiente Dinámico de la Carga de la UICLa carga 71 de la UIC representa el efec-

to estático del tráfico normal de losferrocarriles en la vía férrea, como semuestra en la figura 5.

Teniendo en cuenta los efectosdinámicos resultantes del movimientode vehículos a gran velocidad, la cargaequivalente puede calcularse a partirde las cargas estáticas, multiplicadaspor un coeficiente dinámico, de lasiguiente manera:

1 raÍl de calidad 0

2 raÍl de calidad 0,5

3 raÍl de calidad 1,0

a2

trenes de resto el para 1,0

vapor a trenes para 0,1 + 12

+ 15

a1 l

l

67

ELEMENTOS GENERALES

Qvk = 250kN 250 kN 250 kN 250 kN

qvk = 80kN/m qvk = 80kN/m

Sin limitación Sin limitación0,8m 0,8m1,6m 1,6m 1,6m

Figura 5 Carga 71 de la UIC y valores característicos de cargas verti-cales

68

v[km/h]

1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 140 160 180[m]

2 0,0177 0,0360 0,0549 0,0746 0,0951 0,1163 0,1383 0,1612 0,1851 0,2099 0,2357 0,2625 0,3196 0,3815 0,4483

5 0,0177 0,0360 0,0549 0,0746 0,0951 0,1163 0,1383 0,1612 0,1851 0,2099 0,2357 0,2625 0,3196 0,3815 0,4483

7 0,0177 0,0360 0,0549 0,0746 0,0951 0,1163 0,1383 0,1612 0,1851 0,2099 0,2357 0,2625 0,3196 0,3815 0,4483

10 0,0177 0,0360 0,0549 0,0746 0,0951 0,1163 0,1383 0,1612 0,1851 0,2099 0,2357 0,2625 0,3196 0,3815 0,4483

15 0,0177 0,0360 0,0549 0,0746 0,0951 0,1163 0,1383 0,1612 0,1851 0,2099 0,2357 0,2625 0,3196 0,3815 0,4483

20 0,0177 0,0360 0,0549 0,0746 0,0951 0,1163 0,1383 0,1612 0,1851 0,2099 0,2357 0,2625 0,3196 0,3815 0,4483

30 0,0149 0,0303 0,0462 0,0625 0,0794 0,0968 0,1148 0,1334 0,1526 0,1725 0,1930 0,2142 0,2589 0,3067 0,3579

40 0,0133 0,0269 0,0409 0,0552 0,0700 0,0852 0,1008 0,1169 0,1335 0,1505 0,1681 0,1862 0,2240 0,2642 0,3069

50 0,0121 0,0245 0,0372 0,0502 0,0635 0,0772 0,0913 0,1057 0,1205 0,1357 0,1513 0,1673 0,2007 0,2360 0,2733

70 0,0105 0,0213 0,0323 0,0435 0,0549 0,0667 0,0786 0,0909 0,1034 0,1163 0,1294 0,1428 0,1706 0,1998 0,2304

100 0,0091 0,0183 0,0278 0,0374 0,0472 0,0571 0,0673 0,0776 0,0882 0,0990 0,1100 0,1212 0,1442 0,1683 0,1933

120 0,0084 0,0170 0,0257 0,0346 0,0436 0,0528 0,0622 0,0717 0,0814 0,0912 0,1013 0,1115 0,1325 0,1544 0,1771

Tabla 1 Valores del Coeficiente ρ’ [2]

69

EL

EM

EN

TOS

GE

NE

RA

LE

S

v[km/h]

1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 140 160 180[m]

2 0,0673 0,1345 0,2018 0,2690 0,3363 0,4055 0,4708 0,5380 0,5380 0,5380 0,5380 0,5380 0,5380 0,5380 0,5380

5 0,0545 0,1090 0,1635 0,2181 0,2726 0,3271 0,3816 0,4361 0,4361 0,4361 0,4361 0,4361 0,4361 0,4361 0,4361

7 0,0429 0,0858 0,1287 0,1715 0,2144 0,2573 0,3002 0,3431 0,3431 0,3431 0,3431 0,3431 0,3431 0,3431 0,3431

10 0,0258 0,0515 0,773 0,1030 0,1288 0,1545 0,1603 0,2060 0,2060 0,2060 0,2060 0,2060 0,2060 0,2060 0,2060

15 0,0074 0,0148 0,0221 0,0295 0,0369 0,0443 0,0516 0,0590 0,0590 0,0590 0,0590 0,0590 0,0590 0,0590 0,0590

20 0,0013 0,0026 0,0038 0,0051 0,0064 0,0077 0,0090 0,0103 0,0103 0,0103 0,0103 0,0103 0,0103 0,0103 0,0103

30 0,0012 0,0024 0,0036 0,0048 0,0060 0,0072 0,0084 0,0095 0,0095 0,0095 0,0095 0,0095 0,0095 0,0095 0,0095

40 0,0004 0,0007 0,0011 0,0015 0,0019 0,0022 0,0026 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030

50 0,0001 0,0001 0,0002 0,0002 0,0003 0,0003 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004

70 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

100 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

120 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000

Tabla 2 Valores del Coeficiente ρ’’ [2]

(13)

Los valores de la longitud característica Lφpueden tomarse de la tabla 3.

φ

1,00

0,82 + 0,2 - L

1,44

1,67

70

0 ≤ L ≤ 3,61 m

3,61 ≤ L ≤ 65 m

65 m ≤ L

3. PASOS PRINCIPALES PARALA VALORACIÓN DE LASEGURIDAD DE LA FATIGADE LOS PUENTES DE FERRO-CARRILES EXISTENTES

De acuerdo con DS 805 [2], la definiciónde una estructura existente es aquélla que tengamás de 10 años de antigüedad. Los pasos prin-cipales a la hora de evaluar la seguridad de lospuentes existentes son los siguientes:

• El daño acumulativo provocado por dife-rentes trenes se determina mediante laregla de la suma de Palmgren-Langer-Miner:

S = donde (14)

• La curva de Wöhler para calcular Nitiene la forma:

Ni = (15)

donde ∆ σR es el valor de la variación de la ten-sión de proyecto para NR = 2 × 106 ciclos, obte-nido mediante la aplicación de un coeficiente deseguridad

∆σR = ∆ σ–|/γR (γR = 1,65)

∆δ̄ es la φ= resistencia a la fatiga del 50% enNR = 2 × 106 ciclos

∆ σi es el valor de la variación de la tensiónpara Ni ciclos

• Las variaciones de tensiones se relacio-nan con el valor ∆ σuic (máxima varia-ción de la tensión) producido por elmodelo de carga 71 de la UIC:

∆ σuic = máx σuic - mín σuic

y = λi; = λR (16)

Deberían observarse los puntos siguien-tes:

1. La introducción de estos valores per-mite tabular la relación λi:

λi = = (17)

2. Para una jácena libremente apoyadade la tabla 3 (Caso 5), los momentos de flexiónproducidos por el modelo de carga 71 de la UICse ofrecen en la tabla 4.

• Las curvas de Wöhler se convierten en:

Ni = (18)

• Utilizando la expresión anterior y laregla PLM, el daño acumulativo es:

Sp = = (19)

• La expresión Σ ni λik se refiere a todos

los trenes que han cruzado el puente;para calcular el daño total a la estructu-ra hasta el momento presente Sp, larelación de tensión λi se divide en unasuma (λTj es producida por los trenes“j”). Si Nj es el número de trenes tipo “j”que cruzan el puente en un día y Tn esel período en años a lo largo del cualestos trenes han cruzado el puente, elnúmero total de trenes que cruzandurante este período es:

ZTm = 365 Tn Nj (20)

Para la evaluación de la seguridad de lafatiga de la estructura es necesario volver aexaminar el tráfico en el pasado. Éste es un

∑j

λ∑λ

kiik

RR n

N

1

λ

λ∑ k

RR

kii

i N

n

N Ri

Rk

λλ

M M

+ 1

uic

i

∆∆

φρ

σ∆σ∆uic

i

σ∆σ∆uic

R

σ∆σ∆uic

i

N

R

i

Rk

σ∆σ∆

σ∆→

σ∆→

failure

ii

Ni

n

N

n

i

i∑

71

PASOS PRINCIPALES PARA LA…

∆σ rotura

σ∆→

σ∆→

failure

ii

Ni

n

72

Caso Elemento Estructural Longitud Característica Lφ

CHAPA DE TABLERO Tablero cerrado (de acero) con balasto (chapa de tablero ortotrópica para tensiones locales)

1 Tablero con nervios longitudinales y transversales1.1 Chapa de tablero (para ambas direcciones) 3 × separación de los travesaños1.2 Nervios longitudinales (incluidos pequeños 3 × separación de los travesaños

voladizos de hasta 0,50 m)(*)

1.3 Travesaños, riostras de borde 2 × longitud de los travesaños

2 Chapa de tablero con travesaños solamente2.1 Chapa de tablero (para ambas direcciones) 2 × separación de los travesaños + 3 m2.2 Travesaños, riostras de borde 2 × longitud de los travesaños

CHAPA DE TABLERO Tablero abierto (de acero) sin balasto (para tensiones locales)

3 3.1 Traviesas

– como un elemento de un emparrillado 3 × separación de los travesaños– libremente apoyadas separación de los travesaños + 3 m

3.2 Voladizo de traviesa la longitud característica da lugar a φ3 = 2,03.3 Travesaños, riostras de borde 2 × longitud de los travesaños

CHAPA DE TABLERO CON BALASTO (hormigón estructural) (tensiones locales y transversales)

4 4.1 Chapas de tablero como parte de vigas en cajón o cabeza superior de viga maestra

– extendiéndose transversalmente 3 × tramo de chapa de tableroa las vigas principales

– extendiéndose en dirección longitudinal 3 × tramo de chapa de tablero o longitudcaracterística de viga principal; lo menor

– voladizos transversales que soportan véase nota a pie de página (**)

la carga debida a los ferrocarriles

4.2 Chapa de tablero continua sobre los travesaños 2 × tramo de chapa de tablero (en la dirección de la viga principal) en dirección longitudinal

4.3 Chapa tablero para puentes de tablero inferior:

– extendiéndose en perpendicular a vigas tramo de chapa de tableroprincipales

– extendiéndose en dirección longitudinal 2 × tramo de chapa de tablero o longitudcaracterística de vigas principales; lo menor

4.4 Losas de tablero que se extienden transversalmente 2 × longitud característica en dirección entre las vigas de acero embebidas en hormigón longitudinal

ELEMENTOS DE VIGA PRINCIPAL

5 5.1 Losas y jácenas libremente apoyadas Tramo en dirección de la viga principal(incluidas vigas de acero embebidas en hormigón)

5.2 Jácenas y losas continuas sobre n tramos con: Lφ = k . Lm, al menos máx. Li (i=1,....,n)

Lm = 1,5 1,4 1,3 1,2 =k

5 4 3 2 = n ≥)L +.. + L + L(

n

1n21

Tabla 3 Definiciones de longitudes características para cálculos de fatiga

* En general, todos los voladizos superiores a 0,50 m y que soporten cargas debidas a ferrocarriles requieren un estudio especial.(**) Estos voladizos requieren un estudio especial.

problema difícil; analizando todo el tráfico decierto período es posible tipificar los trenes.Dichos tipos de fatiga de los trenes de acuer-do con la DS 805 se ofrecen en la tabla 5; losvalores correspondientes para el daño relacio-nado λTj para cada tren se muestran en latabla 6.

• El daño total para el período menciona-do anteriormente es:

STm = (21)

• Sumando esto a lo largo de la vida de laestructura (Tn, con n = 1,2 ..m)

Sp = (22)

• Claramente, si S < 1 , laestructura o el elemento tienesuficiente seguridad frente ala rotura por fatiga.

• La seguridad de la fatiga parael daño acumulativo se deter-mina mediante:

γt,p = (23)

• La fórmula anterior tiene unaexplicación sencilla; la trans-formación puede seguirse enla figura 6:

=

=

Con Σ ni λik = NR λp

k

tenemos =

y finalmente =

La relación de los dos valores dependedel concepto de seguridad adoptado; cuantomás pequeño sea λp en comparación con λR,mayor será la seguridad.

• Por último, las principales posibilidadesprácticas son:

1. Estructuras o elementos, para los quela condición

1 p

R ≥λλ

S

1

p

k1

λ∑ kii

R n

Nλk

p

1

λλ ∑ k

iii

Rk1

R n

N

S

1

p

k1

λ

λ

∑ kii

i

kRR

k1

n

N

S

1

p

k1

1 S

1

p

/k1

≥

)( N T N

365 kTjnjn

jn

m

1n=kRR

λλ

∑∑

λλ

∑ kTjjn

jnk

RR N T

N

365

73

PRINCIPIOS GENERALES PARA…

Tabla 4 Momentos de flexión máximos producidos en una jácena libremente apoyada por la carga 71 de la UIC

L(m)

1,01,21,41,61,82,02,22,42,62,83,03,23,43,63,84,04,24,44,64,85,0

Mmáx

(kN.m)

62,575,087,5100,0112,7125,8139,3153,2167,5182,2197,3212,8241,2275,0312,5350,0387,5425,0462,5500,0537,7

L(m)

6789

1011121314151617181920222426283032

Mmáx

(kN.m)

732,2974,21251154318552187253929113303371541474599507155636075715983239567

108901230013780

L(m)

3436384042444648505254565860657075808590

100

Mmáx

(kN.m)

1534016990187102052022400243602641028530307403302035380378304035042960498205718065040734008226091620

111800

Tj

74

Tabla 5 Tipos históricos de trenes para el análisis de la fatiga [1]

Tipo 2.1 (1876-1890)

Σ P = 126,5 t L = 64,04 m

Tipo 2.2 (1876-1890) Σ P = 249 t L = 77,18 m

Tipo 3.1 (1891-1905) Σ P = 166 t L = 76,15 m

Tipo 3.2 (1891-1905) Σ P = 325 t L = 76,98 m

Tipo 4.1 (1906-1920) Σ P = 205,1 t L = 95,02 m

Tipo 6.1 (1936-1950) Σ P = 294 t L = 98,78 m

8,2

4,002,10

2,10

2,42

1,80

2,60 2,98

1,65 1,7414,84

1,65

13,5 12 12 9,5 9,5 10 5 5

8,2

4,002,10

2,10

5 5

8,2

4,002,10

2,10

5 5

8,2

4,002,10

2,10

5 5

8,2

4,002,10

2,10

5 5

8,2

4,002,10

2,10

5 5

2,97 3,972,01,4

15,38

1,651,65 1,74

13,5 13 14 9 9,5 10

1,0

3,5

1,05,5

8 8

1,0 3,5

1,05,5

8 8

1,0 3,5

1,05,5

8 8

1,0 2,8

1,04,8

7 7

1,0 2,8

1,04,8

7 7

1,0 3,5

1,05,5

8 8

1,0 3,5

1,05,5

8 8

1,0 3,5

1,05,5

8 8

1,0 2,8

1,04,8

7 7

1,0 2,8

1,04,8

7 7

1,0 2,8

1,04,8

7 7

1,0 2,8

1,04,8

7 7

2,49

14 14 14 10 12 12

2,0 2,5 2,92

1,6514,95

1,651,94

5 5 5

1,85

3,25 3,25

1,85

5 5 5

1,85

3,25 3,25

1,85

5 5 5

1,85

3,25 3,25

1,85

5 5 5

1,85

3,25 3,25

1,85

5 5 5

1,85

3,25 3,25

1,85

5 5 5

1,85

3,25 3,25

1,8510,20 10,20 10,20 10,20 10,2010,20

2,97 2,0

1,4

3,97 1,65 1,74

1,65

15,38

13,5 13 14 9 9,5 10 12 12

1,4 1,44,0

6,8

12 12

1,4 1,44,0

6,8

8 8

1,4 1,44,0

6,8

12 12

1,4 1,44,0

6,8

12 12

1,4 1,44,0

6,8

12 12

1,4 1,44,0

6,8

12 12

1,4 1,44,0

6,8

12 12

1,4 1,44,0

6,8

12 12

1,4 1,44,0

6,8

3 x (2 x 8)

3 x 6,8 m

2,2145 2,6 2,6 2,62

1,55 1,55

1,6 1,45

10,5 10,5 15 15 11 11 11 11

3,1 6,0 3,1

12,2

2,2 2,24,6 4,6

13,6

7,7 7,7 7,7

2,2 2,24,6 4,6

13,6

7,7 7,7 7,7

2,2 2,24,6 4,6

13,6

7,7 7,7 7,7

2 x (2 x 6,8t)

2 x 12,2 m

6,8 6,8

17,62

1,5

16 19 19 19 19 16 16 16 16

2,2 2,0 2,0 2,0 2,5 1,8 1,8 1,8 1,5

19,1

12,5 12,5

2,71 2,718,5

13,92

7 7 7

2,57 2,57

3,75 3,75

12,64

7 7 7

2,57 2,57

3,75 3,75

12,64

7 7 7

2,57 2,57

3,75 3,75

12,64

2 x (2 x 125t)

2 x 13,92 m

γtk . Sp ≤ 1 (24)

se satisface y no existen grietas. Puedenconsiderarse como suficientemente segurosfrente a la rotura por fatiga.

En la relación anterior, γt es un coeficien-te dividido dependiendo de la edad de la estruc-tura en el momento del cálculo:

γt = γR,t . γS,t (25)

75


Tabla 5 Tipos históricos de trenes para el análisis de la fatiga [1] (continuación)

Tipo 6.2 (1936-1950) Σ P = 478 t L = 171,14 m

Tipo 6.3 (1936-1950) Σ P = 732 t L = 271,9 m

Tipo 7.1 (1951-1965) Σ P = 52 t L = 46,5 m

Tipo 7.2 (1951-1965) Σ P = 346 t L = 151,1 m

Tipo 7.3 (1951-1965) Σ P = 406 t L = 177,5 m

2,2 2,0 2,0 2,01,5 2,5 1,51,8 1,8 1,8

16 19 19 19 19 16 16 16 16

19,1

2,92 2,15 2,922,1511,58

11,5 11,5 11,5 11,5

2,92 2,15 2,922,1511,58

11,5 11,5 11,5 11,5

5 x (4 x 11,5 t)

5 x 21,72 m21,72 21,72

1,5 2,21,5 1,51,51,5 1,51,52,53,0

18,2

15 18 18 18 18 18 16 16 16 13 13

1,6 4,5 1,6

7,7

(A)

1,8 1,87,0

10,6

13 13

(B) (C)

10 10 10 10

1,6 1,82,0 2,010,8

B A A C B 0,5 A 0,5 A 0,5 B B A D D D C C 0,5 C B C

9 9

1,6 4,5 1,6

7,7

(D)

9 9

1,6 4,5 1,6

7,7

9 9

1,6 4,5 1,6

7,7

(D)(D)

18,0

12,75

3,375 3,3756,0

8 8 5 5

10,5

3,0 3,04,5

12,75

3,375 3,3756,0

8 8 5 5

10,5

3,0 3,04,5

8 8 5 5

2,2 2,0 2,0 2,01,5 2,5 1,51,8 1,8 1,8

18 20 20 20 20 17 17 17 17

19,1

2,45 2,5 2,452,516,5

9 9 9 9

2,45 2,5 2,452,516,5

9 9 9 9

3 x (4 x 9 t)

3 x 26,4 m26,4 26,4

2,2 2,0 2,0 2,01,5 2,5 1,51,8 1,8 1,8

18 20 20 20 20 17 17 17 17

19,1

2,45 2,5 2,452,516,5

10 10 10 10

2,45 2,5 2,452,516,5

10 10 10 10

4 x (4 x 10 t)

4 x 26,4 m26,4 26,4

γR,t =

γS,t = 1,15

tg - edad de la estructura.

2. Si:

1,0 ≤ γtk . Sp < 1,1 (26)

y no se encuentran grietas que necesitenuna acción inmediata, entonces en la siguienteinspección se debe prestar una especial aten-ción a estos elementos.

3. Si:

1,1 ≤ γtk . Sp < 1,2 (27)

≥

≤

1,30

1,65

1 - 30

t - 1,65 g k

1

76

Long. del Tramo [m]Período Tren

j 2 3 5 7 10 15 20 25 50 100

1 12

2 1 0,637 0,595 0,423 0,411 0,364 0,577 0,370 0,298 0,277 0,1162 0,709 0,653 0,523 0,515 0,445 0,577 0,412 0,335 0,358 0,197

3 1 0,721 0,612 0,466 0,464 0,404 0,635 0,453 0,335 0,325 0,1342 0,884 0,823 0,529 0,515 0,445 0,577 0,412 0,335 0,374 0,224

4 1 0,753 0,685 0,477 0,463 0,445 0,692 0,494 0,410 0,358 0,1552 0,938 0,798 0,580 0,577 0,549 0,756 0,535 0,447 0,423 0,1893 0,891 0,810 0,484 0,465 0,446 0,635 0,453 0,373 0,390 0,218

5 1 1,116 0,891 0,657 0,668 0,647 0,981 0,700 0,596 0,569 0,2472 1,117 0,911 0,666 0,609 0,589 0,813 0,618 0,522 0,537 0,2293 1,104 1,019 0,748 0,748 0,744 1,043 0,701 0,560 0,537 0,245

6 1 1,090 0,869 0,672 0,671 0,687 0,981 0,741 0,596 0,569 0,2292 1,148 0,888 0,699 0,692 0,699 0,983 0,741 0,596 0,569 0,2393 1,071 1,010 0,814 0,832 0,813 1,156 0,782 0,634 0,602 0,253

7 1 0,427 0,411 0,252 0,185 0,125 0,174 0,124 0,112 0,114 0,0532 1,134 0,810 0,658 0,673 0,689 1,040 0,782 0,634 0,602 0,2323 1,148 0,843 0,660 0,674 0,691 1,043 0,783 0,634 0,602 0,2374 1,385 1,264 0,883 0,782 0,777 1,100 0,743 0,634 0,667 0,310

8 1 0,427 0,411 0,252 0,185 0,125 0,174 0,124 0,112 0,114 0,0532 1,068 1,016 0,515 0,447 0,416 0,592 0,415 0,373 0,325 0,1343 1,193 0,981 0,670 0,643 0,582 0,722 0,541 0,450 0,439 0,1844 1,413 1,355 0,805 0,633 0,499 0,676 0,468 0,379 0,409 0,211

Tabla 6 λTj - para fatiga superior a los trenes (k = 5) [2]

se debe ordenar una inspección especialinmediata, que debe repetirse después de 3años; se debe prestar una especial atención alas grietas y a su tasa de crecimiento.

4. Cuando:

γtk . Sp ≥ 1,2 (28)

se debe ordenar una inspección especialinmediata, que debe repetirse cada año. Se

deben tomar otras medidas de mantenimiento;se debe prestar una especial atención a las grie-tas.

Este proceso se ilustra en el ejemplo de lapágina 24.

Se debería observar que no es posibleimpedir todas las roturas, pero si se desea evitarcolapsos importantes, deben aprenderse las lec-ciones de roturas anteriores. La figura 7 muestra

77


Long. del Tramo [m]Período Tren

j 2 3 5 7 10 15 20 25 50 100

1 12

2 1 0,713 0,648 0,435 0,414 0,365 0,577 0,371 0,298 0,277 0,1162 0,846 0,731 0,541 0,520 0,445 0,577 0,412 0,336 0,358 0,197

3 1 0,813 0,678 0,471 0,468 0,405 0,635 0,453 0,336 0,325 0,1342 1,089 1,004 0,565 0,522 0,449 0,578 0,412 0,336 0,374 0,224

4 1 0,880 0,791 0,511 0,467 0,445 0,693 0,494 0,410 0,358 0,1552 1,158 0,962 0,625 0,608 0,591 0,777 0,538 0,448 0,423 0,1893 1,109 1,000 0,526 0,475 0,450 0,637 0,454 0,373 0,391 0,218

5 1 1,318 1,034 0,679 0,674 0,648 0,981 0,700 0,595 0,569 0,2472 1,396 1,089 0,760 0,685 0,635 0,835 0,620 0,522 0,537 0,2293 1,420 1,287 0,845 0,811 0,782 1,064 0,705 0,563 0,537 0,245

6 1 1,289 0,999 0,719 0,686 0,688 0,981 0,741 0,596 0,569 0,2292 1,423 1,049 0,706 0,751 0,731 0,997 0,742 0,597 0,569 0,2393 1,371 1,275 0,886 0,870 0,830 1,166 0,786 0,635 0,602 0,253

7 1 0,480 0,464 0,283 0,205 0,130 0,177 0,126 0,114 0,114 0,0532 1,336 0,914 0,686 0,694 0,697 1,048 0,785 0,635 0,602 0,2323 1,374 0,980 0,692 0,699 0,707 1,062 0,789 0,635 0,602 0,2374 1,804 1,611 1,065 0,876 0,807 1,117 0,750 0,638 0,669 0,310

8 1 0,480 0,464 0,283 0,205 0,130 0,177 0,126 0,114 0,114 0,0532 1,221 1,151 0,577 0,495 0,442 0,622 0,426 0,377 0,325 0,1343 1,445 1,183 0,760 0,694 0,621 0,779 0,562 0,460 0,439 0,1844 1,814 1,716 1,013 0,740 0,560 0,728 0,493 0,394 0,416 0,211

Tabla 6 (continuación) λTj - para fatiga superior a los trenes (k = 3,75) [2]

una rotura de fatiga que apareció en un larguerode un puente construido en 1911 con un tramo

de 75 m. Esta rotura tuvo su origen en una juntade raíles imperfecta.

78

Log λ

λR λiλp

ni nR Log N

Curva de Wöhler

Figura 6 Transformación de la ecuación (23)

Platabanda ramachada y forro

Figura 7 Rotura de fatiga en un larguero (en un puenteconstruido en 1911, con una luz de 75 m)

4. REFUERZO DE LOS PUENTESDE ACERO

4.1 Consideraciones Generales

Durante el servicio, los puentes estánsujetos a desgaste; además, el volumen inicialdel tráfico ha aumentado, especialmente en losúltimos 50 años. Por lo tanto, muchos puentesrequieren refuerzo.

En primer lugar es necesario valorar elestado del puente y, a continuación, si es nece-sario, realizar un proyecto de refuerzo. La ins-pección debería tener en cuenta:

(a) la edad del puente y de cualquierreparación;

(b) el alcance y la ubicación de todos losdefectos: grietas, deformaciones loca-les, corrosión, etc.

(c) datos a pie de obra sobre la clase deacero, la tensión y la deformación uni-taria en diferentes puntos, etc.

La valoración debería incluir un estudio deviabilidad para demostrar el coste-beneficio delrefuerzo. Debe hacerse hincapié en que elrefuerzo puede ampliar la vida de un puente enaproximadamente 20-40 años. No crea un nuevopuente y, por lo tanto, sólo es una propuesta rea-lista si el coste es inferior al 40% de un puente desustitución.

4.2 Métodos de Refuerzo

4.2.1 Refuerzo Directo

Se utiliza para superar los defectos loca-les e implica la colocación de elementos adicio-nales. Existen dos posibilidades:

• Las superficies a nivel existentes, en lasque se colocan directamente nuevoselementos (figura 8a).

• Las superficies que requieren ciertapreparación inicial, p. ej., eliminando lascabezas de los remaches (figura 8b)para proporcionar una cara a nivel, en laque se pueden colocar nuevos elemen-tos.

4.2.2 Refuerzo Indirecto

En este caso, se introducen elementosindependientes dentro de la estructura. Existenmuchos tipos. Algunos pueden permitir fuerzasde pretensado inicial, aumentando así la eficaciadel refuerzo.

Los métodos principales para proporcio-nar refuerzo indirecto son:

Refuerzo con cables de acero para pretensado

Los cables de acero para pretensado pue-den ser una simple barra o una sección com-

79

REFUERZO DE LOS PUENTES DE ACERO

Diagonal Cordón superior Montante Arriostramiento contra el viento

Cordón inferior

Figura 8a Refuerzo directo con elementos adicionales colocados sobre superficies planas

puesta situada al nivel delcordón tendido; puede pre-tensarse y se utiliza general-mente para reforzar puentesde vigas de celosías o deconstrucción de cercha (figu-ra 9 y figura 10).

Refuerzo mediante cables

Se pueden utilizarcables pretensados de formasimilar, colocados al lado deo dentro de los elementos detracción existentes.

En el ejemplo mostra-do en la figura 11, se intro-dujeron tres cabl8es en elcentro del cordón tendidoinferior; como resultado dela fuerza de pretensado enlos cables, este cordón pasóa estar casi completamenteexento de tensiones bajo cargapermanente. Para aumentarla resistencia sustentadorade carga de todas las vigasde celosías, también sereforzaron el cordón supe-rior y las diagonales latera-les, pero utilizando medidasde refuerzo directo.

80

Cable con acero pretensado

L = nλ

Cordón inferior 2L 80 x 80 x 10 2 Flejes 80 x 10

Placa de ajuste

Barra de pretensado

2420 680 475

3100

A

AA - A

Elemento adicional (de pretensado)

Figura 9 Refuerzo con elementos de pretensado

Cordón inferior Cordón superior Cordón inferior Larguero

Figura 8b Refuerzo directo aplicado después de una preparación de la superficie, por ejemplo eliminando las cabezas de los remaches

Refuerzo mediantevigas de celosías adicionales

Los puentes detablero superior puedenreforzarse añadiendo unatercera viga principal unidaa la estructura existente,con el fin de aumentar suresistencia sustentadorade carga (figura 12).

Aumento de la altura efectiva

Refuerzo con unnuevo cordón unido al existen-te mediante una disposicióntriangulada de las barras, queaumenta eficazmente la alturade la viga principal (figura 13).

Refuerzo de vigas com-puestas mediante la transfor-mación en secciones mixtas

La losa de hormigón sus-tituye a las traviesas; con esto semantiene la altura de construc-ción original. La losa de hormi-gón actuará como una parteintegral de las cabezas compri-midas de los largueros y lasviguetas, figura 14.

Refuerzo de la estructuratransversal

Para las vigas de celosí-as de tablero inferior y de table-ro inferior parcial en las que elarriostramiento contraviento seha eliminado durante la electrifi-cación de la línea, quizás seanecesario aumentar la rigidezde la estructura transversal. Coneste fin, se introduce un cablede acero para pretensado en lasección transversal (figura 15).

81

REFUERZO DE LOS PUENTES DE ACERO64

0048

00

L = 36700Elemento de pretensado

Alzado

36700

Planta

Cordón superior

Elemento de pretensado

Diagonal Cordón inferior

Figura 10 Refuerzo mediante elementos de pretensado situados a nivel del cordón infe-rior y elementos aplicados en el cordón superior y en las diagonales

8000

8000

7200

Alzado

11 x 6880

Planta

7200

3 cables(48 ∅ 7)

Sección transversal

Figura 11 Refuerzo directo con cables

Planta del cordón superior

Alzado

Planta del cordón inferior

3100

1500 1500

3120

Sección transversal

Figura 12 Refuerzo mediante la introducción de una tercera viga de celosía(puente de tablero superior)

82

Alzado

4800

20800

Planta

Figura 13 Refuerzo mediante un cordón adicional

TraviesaLosa de hormigón

Figura 14 Refuerzo mediante transformación en una estructura mixta

4.3 El Refuerzo del Puente “Angel Saligny” sobre el Danubio

El puente sobre el Danubio en Cernavoda(figura 16) fue construido en 1895. Desde enton-ces, especialmente después de la II Guerra

Mundial, el tráfico y, por lo tanto, lacarga no permanente, se hanincrementado en la estructurahasta un nivel que pone en peligrosu seguridad. Como consecuen-cia de ello, fue necesario un impor-tante refuerzo. Este trabajo tuvoque finalizarse sin interrumpir eltráfico.

Se utilizaron muchos delos métodos descritos anterior-mente (figura 17).

Se reforzaron los cordonesinferiores mediante la adición deuna tercera alma unida mediantediafragmas remachados. Se susti-tuyeron los largueros.

Para reforzar los travesa-ños, se usó una jácena preten-sada.

En las diagonales compri-midas se consiguió un refuerzodirecto mediante la colocaciónde chapas adicionales. Las dia-

gonales tendidas se reforzaron con cables deacero para pretensado.

El problema más difícil fue el refuerzo delcordón superior. Finalmente, se decidió introdu-cir un tercer cordón, situado entre los existentes(figura 18). Con el fin de aligerar a los cordonesexistentes de las tensiones producidas por la

83


Espacio libre para la electrificación

Arriostramiento desmontado del cordón superior

6300

4850

Figura 15 Refuerzo de la estructura transversal

15 x 60,00 140,00 140,00 140,00 140,00190,00

62,0043,00 47,00

30,000,00

Figura 16 Puente “Angel Saligny” sobre el Danubio

84

Tercer cordón, pretensado

Diagonal a compresión

Diagonal a tracción

Arriostramiento inicial contra el desplazamiento horizontal

Pretil del paso de peatones Largueros

nuevos

Elemento adicional

Viga transversal existente

Viga pretensada

Viga pretensada

Figura 17 Sección transversal (los elementos de refuerzo están enmnarcados)

carga permanente, se pretensó el tercer cordón,que representaba el 45% de las secciones exis-tentes.

Se emplearon un total de 4.000 toneladasde acero. El refuerzo se finalizó en 1967.Después de 25 años de uso posterior, el puenteno ha presentado problemas especiales de man-tenimiento.

85


Cordón superior existente

Bastidor

Tercer cordón, pretensado

Cordón superior existente

Figura 18 Tercer cordón superior en la parte alta de lasvigas de celosía principales

5. RESUMEN FINAL• Los puentes deben someterse a inspección

y valoración regulares.

• Se pueden utilizar métodos clásicos paraproporcionar una indicación de los nivelesde seguridad en relación con la rotura porfatiga.

• Si se requiere refuerzo, se pueden usardiversas técnicas.

• Las medidas de refuerzo pueden incremen-tar la vida útil de un puente en un períodoque oscila entre 20 y 40 años. Deben estu-diarse detenidamente el coste y beneficiorelativos del refuerzo en comparación con lasustitución de la estructura por un nuevopuente.

6. BIBLIOGRAFÍA

[1] “Bestehende Eisenbahnbrücken. Bewertungder Tragsicherheit und konstruktive Hinweise”DS 805, Deutsche Bundesbahn Mai 1991.


1. “Vorschrift für Eisenbahnbrücken und sonsti-ge Ingenieurbauwerke” DS 804, DeutscheBundesbahn, Januar 1983.

2. “Steel, Concrete and Composite Bridges”British Standard BS 5400, Part 10, 1980.

3. Smith, I.F.C., “Fatigue Design Concepts”IABSE Periodica 4/1984.

4. Eurocódigo 3: “Design of Steel Structures:ENV 1993-1-1: Part 1, General Rules and Rulesfor Buildings, CEN, 1992.

86

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

Puente de ferrocarril, L = 5 m, construidoen 1902, está formado por dos vigas compues-tas remachadas, cada una de ellas con unmódulo resistente de la sección, w, de 2890cm3

A partir del apartado 2.4, el coeficientede amplificación dinámica se determinamediante:

+ 0,82 = 1,53

A partir de la tabla 4, el momento de fle-xión máximo = 537,7 kN.m

σuic = = 14,23 kN/cm2

∆ σR = 100 N/mm2 λR = = 1,16

∆ σuic = 142,3 N/mm2

El cálculo del daño total S se muestra enla tabla 7.

γR,t = = 1,40

γt = 1,40 × 1,15 = 1,61

1,615 × 649 × 10-4 = 0,70 ≤ 1

⇒ Seguridad (primer caso)

1 - 30

91 - 1,65 5

1

Sp =×

× = ⋅ −365

2 10 1 16747 649 10

6 54

. ,

142,3

100 1,65 ×

10 2890 210537,71,533

6

××××

0,2 - 5

1,44

87

EJEMPLO DE PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

88

Período Tn Tren Velocidad Trenes/ λTj (λTj)k Σ NjN 1 - ϕ

(años) (tipo) km/h día (λTjn)k

(1) 7 3.1 60 20 0,466 0,021 0,42 1,513 0,97 2,851902 - 1908 3.2 40 20 0,529 0,041 0,82 1,337 0,52 2,98

(2) 4.1 60 20 0,477 0,024 0,493 1,513 0,97 7,17

1009 - 1923 15 4.2 80 15 0,580 0,065 0,984 1,69 1,69 24,944.3 40 20 0,484 0,026 0,531 1,337 0,52 4,14

4.3 40 20 0,484 0,026 0,531 1,337 0,52 4,14(3) 5.1 80 20 0,657 0,122 2,44 1,69 1,69 61,95

1924 - 1938 15 5.2 100 15 0,667 0,131 1,96 1,9 3,05 89,375.3 40 15 0,748 0,234 3,51 1,337 0,52 27,37

5.3 40 20 0,748 0,234 468 1,337 0,52 36,50(4) 6.1 80 15 0,672 0,137 2,05 1,69 1,69 51,96

1939 - 1953 15 6.2 100 15 0,699 0,166 2,49 1,9 3,05 113,96.3 40 15 0,814 0,357 5,35 1,337 0,52 41,73

7.1 80 15 0,252 0,001 0,015 1,69 1,69 0,387.2 80 10 0,658 0,123 1,23 1,69 1,69 31,18

(5) 7.3 100 10 0,66 0,125 1,25 1,9 3,05 57,181954 - 1968 15 7.4 40 20 0,883 0,536 10,7 1,337 0,52 5,56

8.2 80 15 0,515 0,036 0,54 1,69 1,69 0,388.4 40 15 0,805 0,338 5,07 1,337 0,52 15,75

8.1 80 20 0,252 0,001 0,02 1,59 1,25 5,62(6) 15 8.2 80 25 0,515 0,036 0,9 1,59 1,25 16,87

1969 - 1983 8.3 100 25 0,67 0,135 3,37 1,64 1,46 63,158.4 60 20 0,805 0,338 6,76 1,44 0,76 76,95

∝λ∑∑ . )( N T kTjnjn

jn

m

1n=∝

φϕ

= + 1

uci

k

Σ = 747

Tabla 7 Cálculo del daño total en el Ejemplo del procedimiento del cálculo



Lección 20.5: Reforma de Puentes: Nuevos Enfoques

89

91

OBJETIVOS/CONTENIDO

OBJETIVOS/CONTENIDO

Presentar nuevos métodos de inspeccióny valoración de antiguos puentes de acero.


Lección 14.10: Fundamentos de la Mecá-nica de la Fractura

Lección 14.11: Análisis de Tensiones enCuerpos Fracturados

Lección 14.12: Determinación de los Facto-res de Intensidad de Tensión

LECCIONES AFINES

Lección 20.1: Reforzar las estructuras

RESUMEN

La mayoría de los actuales puentes deacero de carreteras y ferrocarriles son estructu-ras remachadas construidas en el siglo pasado.

Muchos de estos antiguos puentes se hanreparado o reforzado varias veces después delos daños sufridos en las Guerras Mundiales odebido a los cambios en los requisitos de servi-cio. Es necesario examinar la seguridad de estospuentes para las actuales cargas debidas al trá-fico a lo largo de su duración de servicio proba-ble.

Esta lección presenta nuevos métodos deinspección y valoración de antiguos puentes deacero en relación con la tenacidad de sus mate-riales. Estos métodos proporcionan una visiónde conjunto de la seguridad residual y de la vidaútil. Incluyen la valoración del refuerzo paramejorar la resistencia estática y la resistencia ala rotura frágil.

Los procedimientos de verificación de larotura basados en la mecánica se han simplifica-do de tal forma que la valoración puede realizar-se de manera tan fácil como las comprobacionesde resistencia convencionales. Los procedimien-tos se ilustran mediante un ejemplo numérico.

Se ofrecen pautas para el diseño de medi-das de refuerzo.

1. INTRODUCCIÓN

La mayoría de los actua-les puentes de acero de carrete-ras y ferrocarriles son estructu-ras remachadas construidas enel siglo pasado. La figura 1 ofre-ce un ejemplo de la distribuciónde la vida útil de los puentes deferrocarriles de los DeutscheBundesbahn (Ferrocarriles Fe-derales Alemanes).

Muchos de estos antiguospuentes se han reparado o refor-zado varias veces después delos daños sufridos en las GuerrasMundiales o debido a los cam-bios de los requisitos de servicio.Es necesario examinar la seguri-dad de estos puentes para lasactuales cargas debidas al tráficoa lo largo de su duración de ser-vicio probable.

Esta lección describe unprocedimiento para determinarla seguridad residual y la vida útilde los antiguos puentes de aceroy presenta una base para lasdecisiones económicas relacio-nadas con un refuerzo adicionalo la sustitución por un nuevopuente.

El procedimiento se ilus-tra mediante ejemplos de puen-tes de Alemania Oriental.

92

Función de la densidad acumulativa de la vida útil

Vida útil

Año

Vida útil

Año

Función de la densidad probable de la vida útil

1850 1900

1850 1900

100 %

50%

0160 120 80 40 0

180 130 90 50 0

Figura 1 Función de la distribución de la vida útil de los puentes de ferrocarril en acero existentes

2. PROBLEMA

Las cuestiones a responder en cuanto alos antiguos puentes son las siguientes:

1. ¿Son los puentes en la actualidad sufi-cientemente seguros para las condi-ciones de servicio reales?

2. Si es así, ¿cuál es la vida residual pre-vista y qué requisitos de inspección ymantenimiento garantizan esto?

Los estudios de muchos puentes han indi-cado que son necesarios nuevos métodos deinspección de puentes y materiales y que unavaloración cuantitativa de la seguridad sólo esposible cuando las verificaciones de resistenciaconvencionales se complementan con una valo-ración de tenacidad de los materiales basada enla mecánica de la rotura. Estos nuevos métodosse describen a continuación.

93

PROBLEMA

3. ACTUALIZACIÓNO REPRODUC-CIÓN DE PLANOSY ANÁLISISESTÁTICO

Una valoración de anti-guos puentes de acero incluyeuna verificación de seguridadgeneral convencional de todoslos elementos de construccióny uniones respecto a las actua-les condiciones de carga, paraidentificar riesgos relacionadoscon la estabilidad, la resistenciao la fatiga y cualquier elementocrítico en el que, debido a grie-tas o desperfectos inadvertidos,una rotura podría provocar uncolapso completo del puente.

Estas verificaciones nor-malmente deberían basarse enun conjunto completo de planosque ofrezcan detalles pormeno-rizados de la estructura y unanálisis estático que incluyatoda la información sobre mate-rial, secciones transversales,dimensiones, etc.

Sin embargo, con mucha frecuencia faltanestos documentos, están incompletos o no sehan actualizado y, por consiguiente, es necesa-rio reproducirlos o enmendarlos en su totalidad.

Con este fin se han desarrollado nuevosmétodos basados en la evaluación digital defotografías [1]. La figura 2 muestra los procedi-mientos para transferir caras mediciones en laobra a un PC de la oficina.

El proceso tam-bién puede usarse paracomprobar la exactitudde los planos existen-tes, llevar un registro delos daños, corrosión,etc. Se pueden incluirlas mediciones locales,p. ej., de los espesoresresiduales de la chapao cualquier otra in-formación, p. ej., relati-va al material. Las pro-

94

Fotos con una cámara de bolsillo común

Escaneado

Imágenes digitales

Phidias Mediciones interactivas en la pantalla del PC Evaluación en 3D

Infografía

Pantalla

Elección de la perspectiva, plantas, etc.

Ploteado

Dibujos con todas las dimensiones

In situ

En la oficina

En la oficina

Figura 2 Esquema del método para la realización de dibujos de estructuras apartir de fotos

Dirección de la fuerza en el tirante

45 m

m

Muestras para el ensayo de tracción

Para el análisis químico

Muestra 1/2 CT - 10 para el ensayo de la mecánica de la fractura

Figura 3 Muestra de chapa en miniatura

piedades de los materiales, tales como el límiteelástico y la resistencia a la tracción, pueden deter-minarse a partir de muestras de chapa en miniatu-

ra, que se pueden perforar desde barras adyacen-tes hasta secciones transversales críticas sin redu-cir su seguridad, figura 3.

95

ACTUALIZACIÓN O REPRODUCCIÓN…

4. LA BASE DE LA VERIFICACIÓN DE LA TENACIDAD

4.1 “Fragilidad” y “Ductilidad”

Un elemento de construcción que se va acomprobar puede, debido a defectos anteriores ygrietas inadvertidas, fallar de modos diferentescuando está sometido a cargas de tracción, locual influye en el modelo para analizar los resul-tados. La mejor forma de distinguir estos modosde rotura es mediante el ejemplo de una chapaen tracción con una grieta central, figura 4, queimita a un elemento con un orificio con pequeñasgrietas en ambos lados:

1. La rotura que tiene lugar antes de lafluencia de la sección neta, solamen-te con fluencia local en los extremosde las grietas, es desfavorable. Eneste caso, se deben tener en cuentatodas las tensiones reales de la sec-ción neta, que abarquen las tensio-nes residuales, las concentracionesde tensiones y las tensiones debidasa otros embridados. Este modo derotura se llama comúnmente rotura

“frágil”.

2. Si la rotura tiene lugar por la fluencia dela sección neta, sólo son relevantes lastensiones nominales debidas a cargasexternas en la sección neta, pudiéndo-se ignorar los efectos de entalladura,las tensiones residuales y las tensionesdebidas a otros embridados. Este modose denomina rotura “dúctil”.

El modo de rotura recibe principalmente lainfluencia del material, la temperatura, la tasa decarga y el perfil del elemento de construcción.Para los antiguos puentes de acero, son relevan-tes los modos de fatiga 1 y 2, ya que la valora-ción tiene que realizarse para situaciones de pro-yectos con baja temperatura, donde los valoresde tenacidad son bajos.

4.2 Determinación de los Elementos VitalesLas verificaciones de seguridad relaciona-

das con la tenacidad se limitan a áreas de riesgocon graves consecuencias de rotura. Por consi-guiente, deben establecerse escenarios de rotu-ra, donde se estudien las consecuencias de la

rotura de diferentes elemen-tos de puentes para diferen-tes situaciones de proyectos,figura 5. Los elementos vita-les son elementos de puentescuya rotura provocaría uncolapso global inmediato. Loselementos vitales cargadosen tracción tienen que com-probarse con miras a la roturacontrolada por la tenacidad, amenos que sus seccionestransversales tengan una ten-sión tan ligera (

σ < 0,20 fy),véase la figura 6, o sean losuficientemente redundantes,véase la figura 7, como paraque no produzcan riesgos. Seconsidera que está disponibleuna redundancia suficientecuando las partes de la sec-

96

Patrón de fluencia Modo de agotamiento Valores de cálculo

La rotura se produce antes de la fluencia de la sección neta

La rotura se produce después de la fluencia de la sección neta

Distribución aplicada de las tensiones en la sección neta + tensiones residuales + restricciones

Distribución aplicada de las tensiones nominales en la sección neta

Frágil

Dúctil

Figura 4 Definición de los modos de agotamiento, y los valores de tensión de cálculo aplicados, en dependencia del nivel de ductilidad

ción transversal afectadaspor la grieta pueden experi-mentar rotura sin que sesobrepase el límite elásticoen las partes restantes de lasección transversal.

La verificación debebasarse en varios casos decargas con combinaciones depeso propio, cargas debidas altráfico (incluido el impacto diná-mico) y temperatura, que sepueden basar en métodos pro-babilísticos. Quizás tambiénsea necesario incluir las tensio-nes y embridados residuales,dependiendo del modo de rotu-ra previsto.

4.3 Hipótesis sobreGrietas Iniciales

La valoración de la tenaci-dad requiere hipótesis acerca delos defectos estructurales existen-tes, expresadas en términos degrietas iniciales.

A partir de ensayos de fati-ga en muestras tomadas de anti-guos puentes de acero, se sabeque las grietas de los antiguospuentes remachados muy proba-blemente se inician bajo las cabe-zas de los remaches, propagándo-se a través del espesor de la chapay las anchuras de las chapas exte-riores [2].

Por lo tanto, se considera queen ambos lados del orificio de unremache pueden haberse formadogrietas iniciales que han llegado aalcanzar una magnitud suficientecomo para ser detectables. Se con-sidera que este límite está 5 mmmás allá de la cabeza del remache,figura 8. Se ha demostrado median-te estudios comparativos que puede

97

LA BASE DE LA VERIFICACIÓN…

Análisis estático convencional de un puente

Identificación de las barras tendidas

Identificación de las barras comprimidas

Si la verificación de inestabilidad es correcta, no hay riesgos

No se precisan más verificaciones

¿El agotamiento local de una sección transversal da lugar al colapso global del puente?

SíNo

Elemento vital

¿La sección transversal es suficientemente hiperestática?

NoSí

No hay riesgo

Evaluación de la tenacidad, basada en la mecánica de la fracturaNo se precisan más

verificaciones

Simulaciones de agotamiento

Figura 5 Procedimiento de identificación de elementos cruciales

Tamaño crítico de fisuras acrit [mm]

100

50

48 96 144 192

σ σ25

25

∆a ∆a

100

Coeficiente de la intensidad de las tensiones

KIC

4000 3000�2000�1500

Tensión aplicada σ (N/mm2)

0,2 Fy

Figura 6 Tamaño máximo admisible de fisura acrit ante la tensión aplicada y el coe-ficiente de intensidad de las tensiones

realizarse el modelado de una configuración degrieta de este tipo mediante una única grieta, con lamagnitud inicial ao = D + 2 × 5 mm solamente.Cuando se considera que las grietas se inician enchapas cubiertas por perfiles angulares,véase la figura 9, la magnitud de la grietainicial se basa en una magnitud de la grie-ta detectable de 5 mm más allá de las alasdel perfil angular.

4.4 Principios Básicos de VerificaciónPara un caso de carga determina-

do, se puede calcular un auténtico diagra-

ma tensión-deformación y elestado de las grietas, p. ej.,para la magnitud de la grietainicial ao en un elemento vital,un análisis de la mecánica dela rotura basado en una fuerzamotriz de la grieta Jappl y estecálculo se puede realizar utili-zando manuales o medianteFEM [4], véase la figura 10. Lacurva Jappl-σappl determina silas tensiones aplicadas danlugar a la fluencia de la sec-ción neta (Jappl > J fluencia) o no(Jappl < Jfluencia).

A partir de las mues-tras de chapa en miniatura,figura 3, se pueden fabricarmuestras 1/2 CT-10, a partirde las cuales puede determi-narse la resistencia específi-ca de rotura Jcrít para unatemperatura dada. Este valorse puede comparar con Japplen la verificación de seguri-dad de la tenacidad:

Jappl ≤ Jcrít

véase la figura 10.

Si Jappl, calculadopara la magnitud de la grieta

inicial ao, es más pequeño que Jcrít, se puedeconcluir que pueden tenerse grietas de magnitu-des detectables sin consecuencias catastróficasy que no se puede esperar un colapso repentino

98

Nivel de riesgo

Figura 7 Secciones transversales habituales de elementos remachados de puentesantiguos de acero

5 mm

D

5 mm

ao

Figura 8 Suposición de la magnitud inicial de fisura ao en perfiles angulares

5 mm

D ao

Figura 9 Suposición de la magnitud inicial de fisura ao en chapascubiertas por perfiles angulares

si el puente se inspecciona adecuadamente. Siesta verificación falla, el elemento tiene quereforzarse o sustituirse antes de la próxima esta-ción fría (debido a la pérdida de tenacidad abajas temperaturas).

La magnitud de grieta crítica acrít puededeterminarse mediante iteración para satisfacerla condición que, por definición, da lugara la rotura, véase la figura 11. A partir dela posición de Jfluencia de este diagrama,puede determinarse si tendrá lugar larotura antes o después de la fluencia dela sección neta y, por lo tanto, puedenidentificarse las tensiones de proyectoque se van a incluir, véase la figura 4.

La diferente ∆a = acrít - ao es unamedida del tiempo de servicio mínimodesde la detección de grietas hasta larotura. Debe ser al menos tan largacomo el intervalo de tiempo tinsp entredos inspecciones.

Para verificar que este tiempo deservicio mínimo es suficiente, el tiempode propagación de grietas tp se calcula apartir de la ecuación de París, utilizandoinformación sobre la magnitud e intensi-dad del tráfico, véase la figura 12.

Si

tinsp≤ tp

no son necesarias otras acciones. De locontrario, o bien deben reducirse los intervalosde inspección o bien debe reforzarse el elemen-to para aumentar tp.

Cuando la satisface la verificación tinsp ≤tp puede concluirse que, siempre que las ins-pecciones finalicen en las ubicaciones críticasde los elementos vitales a intervalos de seguri-dad:

1. Mientras no se observen grietas, laestructura es suficientemente seguraal menos durante el período de servi-cio comprendido hasta la siguienteinspección.

2. Esta afirmación se puede aplicar paracada inspección hasta el caso en quese encuentren las primeras grietas.

3. Si se detectan grietas, existe suficientetiempo para sustituir los elementosafectados de todo el puente.

99


Jappl [N/mm]

Jcrit obtenido en ensayos de materiales

Punto de fluencia de la sección neta

Jfluencia

Jrequerida

σappl fy σcrit

Tensión aplicada σappl[N/mm2]

2T 2a

Figura 10 Diagrama de Jappl – σappl para un determinadomodelo de chapa con fisuración de magnitud a

Jappl [N/mm]

Jcrit

Jfluencia

a acrit ao

fy σappl

Tensión aplicada σappl

[N/mm2]

Figura 11 Determinación de acrit mediante iteratión

4.5 El Uso de la Integral J

La Integral J como descripciónde la tenacidad del material [4,5] sedefine mediante:

J = – ,

véase la figura 13.

Proporciona una medida numé-rica de la seguridad relacionada con latenacidad y puede obtenerse enmanuales o calcularse mediante FEM,con emparrillados especiales de ele-mentos isoparamétricos colapsados,figura 14. Los valores de Jcrít se pue-den determinar con un experimento enlaboratorios apropiados.

La fiabilidad del procedimientode verificación de la Integral J para

predecir cargas de rotura de gran-des elementos a escala ha sidodemostrada con pruebas de gran-des elementos a escala [6,7].

Los resultados de la clási-ca prueba de Charpy no puedenusarse para una valoración deseguridad cuantitativa. La figura15 muestra los valores de la ener-gía de Charpy frente a los valoresde la Integral J para una tempera-

tura de -30ºC. Es evidenteque todos los valores de laenergía de Charpy estánen la banda inferior, mien-tras que los valores de laIntegral J oscilan entrevalores bajos y altos. Envista de los bajos costesde las pruebas de energíade Charpy, resultaría muyútil una correlación, perohasta ahora no se haencontrado.

∆∆

∫ ds x

udyT w

r

∆∆

∫ ds x

udyT w

r

100

10-4

10-7

Envolvente superior

Envolvente inferior

57,3 102

Valores de umbral Coeficiente de concentración de las tensiones K ∆

Magnitud de fisura a

ao

N(tp)

acrit

∆a

Ciclos

da dN

[mm / ciclo]

da dN

= C * ∆ Km

Figura 12 Principio de determinación del tiempo mínimo de servicio N (tp)

J = ∫ r (W dy - T ds)

r = trayectoria de integración alrededor de la punta de la fisura

W = densidad de energía T = vector de tensión ds = fragmento de la trayectoria de integración u = vector de desplazamiento

∆u ∆x

yT

n

dsx

r

Figura 13 Definición de la integral J

l

l/4

Punta de la fisura

Elemento isoparamétrico

Elemento colapsado

Idealización de EF en la punta de la fisura

Figura 14 Elemento finito y emparrillado de EF para el cálculo de J

101


Energía de Charpy Av [J]

10

5

50 100 150 200

Integral - J [N/mm]

Figura 15 Energía de Charpy ante la integral J para la temperaturade -30º C

5. PROCEDIMIENTO DE VERIFICACIÓN PRÁCTICA

5.1 Generalidades

El proceso iterativo necesario para calcu-lar acrít con el concepto de Integral J como seindica en la sección 4 exige mucho tiempo, escaro y parece apropiado solamente para exper-tos de mecánica de la rotura.

Por consiguiente, se ha desarrollado unaforma simplificada del método, que permite que

las verificaciones de tenacidad se realicen demanera tan fácil como las verificaciones de resis-tencia convencionales.

5.2 Determinación de acrít

Este método simplificado se ha desarro-llado en [8] mediante la modificación del métodoCEGB-R6 para tres modelos básicos de chapa,con configuraciones de grieta inicial, véase lafigura 16. Mediante estas modificaciones se pue-den encontrar expresiones analíticas de acrít ,dependiendo del nivel de tensión d = σ/fy, laanchura de la chapa T y el valor de Jcrít.Aplicando funciones de corrección que ofrezcanlos métodos de adaptación óptima a los resulta-dos de los cálculos de FEM para situaciones típi-cas, se han desarrollado ecuaciones para acrít.Estas ecuaciones dan valores conservativos deacrít que son suficientemente precisos e indicansi la rotura está relacionada o no con la fluenciade la sección neta; la figura 17 ofrece resultadosgráficos para un modelo básico.

Para explicar cómo se pueden aplicarestos modelos básicos de chapa a las estructu-ras reales, se ha creado una guía basada en loscálculos de FEM, como se ilustra en la figura 18.

Esta figura también indica la grieta máxi-ma que puede limitar acrít de acuerdo con losresultados de los ensayos de fatiga.

5.3 Determinación del Tiempo de Servicio Mínimo N(tp)

Como los modelos básicos de chapa utili-zados para calcular acrít pueden también usarsepara calcular el número de ciclos N(tp) en eltiempo de servicio mínimo tp, también se handesarrollado ayudas al proyecto para determinarN(tp) en función de ∆σ, la anchura de la chapa Ty la diferencia ∆a = acrít - ao. La figura 19 pro-porciona un ejemplo. N(tp) puede encontrarsecomo

N(tp) = Nacrít - Nao

102

a

a

a

a

T

T

T

T

T

Ta

1

2

3

Figura 16 Modelos básicos de chapa y configuraciones defisuras para la evaluación basada en la mecáni-ca de la fractura

103

PROCEDIMIENTO DE VERIFICACIÓN PRÁCTICA

acrit.[mm]

200�

150�

100�

50

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

T = 200

T = 180

T = 160

T = 140

T = 120

T = 100

T = 80

T = 60

T = 40

Jcrit = 10 N/mm

σappl σappl

acrit

acrit

T

T

Magnitud crítica de fisura acrit = 31 mm

σappl

fy

Figura 17 acrit ante la tensión aplicada y anchura de placa para el modelo de chapa básico

② con Jcrit =10 N/mm

5.4 Ejemplo de laAplicación

Para el ejemplo de la figura20 se pueden aplicar los siguientespasos:

1. Datos de Entrada

1.1 Tenacidad del material(medida a -30°C)

Jc = 10 N/mm

Límite elástico fy = 240N/mm2

1.2 Tensiones σ = σG+Q +σRes = 94 N/mm2

Variaciones de tensiones∆σ = 47 N/mm2

1.3 Modelo básico de chapa(figura 17) T = 1,1 × 90/2= 49,2 mm

Magnitud de grieta inicialao = (32 + 10)/2 = 21 mm

Máx a máx a = 90/2 = 45mm

2. Determinación de acrít

2.1 Estado de tensión d = 94/240 = 0,39

2.2 acrít (figura 17) acrít =27+(35 - 27)9,5/20 =31 ≤ máx a

3. Determinación del tiem-po de servicio mínimo

Figura 19 Nao = 4,256 ×106 ciclos

Nacrít = 4,452 × 106 ciclos

104

Sección transversalModelo basado en la mecánica de la fractura acrit N (tp)

C

C

a a

T

T

Magnitud inicial de fisura ao = (D + 10) /2 Fisura máxima max a = C/2 Anchura de la placa T = 1,1C/2

Figura 17 Figura 19

a a

T

T

Magnitud inicial de fisura ao = (D + 10) /2 Fisura máxima max a = C/2 Anchura de la placa T = 1,1C/2

Figura 17 Figura 19

Figura 18 Guía para la determinación del modelo pertinente de la mecánica de la fractura

Magnitud de la fisura a

ao = 21 mm

acrit = 31 mm

T = 40 mm

T = 60 mm

T = 49,2 mm

T

T

N(ao) N(acrit)

195000 Ciclos

Ciclos de tensión N

Figura 19 Magnitud de la fisura a ante ciclos de tensión N, en función dediferentes anchuras T, para el modelo básico ②

N (tp) = 196000 ciclos

Nº anual de ciclos 51000 ciclos

Tiempo de servicio mínimo:

tp = 195000/ 51000 = 3,8 a

Intervalo de inspección tinsp = 3,0 a

tinsp < tp ¡cumplido!

105

PROCEDIMIENTO DE VERIFICACIÓN PRÁCTICA

Remaches ∅ 21

Cabeza de remaches

L 90/11

D = 32 mm. ST 37

Figura 20 Sección transversal del ejemplo de aplicación

6. VERIFICACIÓN EN CASO DE REFUERZO

Si el tiempo de servicio mínimo N(tp) esmenor que el intervalo de inspección Ninsp, lasección transversal adicional requerida ∆Arequpuede determinarse mediante

donde Anet es el área de la antigua sec-ción transversal disponible y m = 3.

Una alternativa es considerar que la anti-gua sección transversal total es propensa a rotu-ra frágil y complementarla mediante

∆A = máx F / fy

que, en el caso de rotura frágil, asumiría lafuerza total. Se puede aplicar el valor mínimo ∆A.

En la figura 21 se ofreceun ejemplo típico de un detallede refuerzo.

Los métodos de unión dela conexión de las chapas derefuerzo deberían ser tornilloscalibrados (preferiblemente pre-cargados, para evitar el afloja-miento de las tuercas y aumentarla resistencia a la fatiga), tornillosde inyección [9] o tornillos cóni-cos [10].

•∆ 1

)tN(

N A = A m

p

Inspnet

106

Chapa 190 x 815

Tornillos calibrados y pretensados M 22

Chapas 190 x 815

Figura 21 Ejemplo de un detalle de refuerzo para un ala a tracción de la vigaprincipal de un puente

m–1·

7. PROCEDIMIENTO SI NO ESTÁN DISPONIBLES LAS MEDICIONES DE LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

La experiencia previa de las verificacionesde los puentes sugiere la siguiente combinaciónde valores mínimos de la tenacidad de los mate-riales y el límite elástico de los antiguos puentesde acero remachados.

Jc = 10 N/mm

fy = 280 N/mm2

Una valoración de la tenacidad de un anti-guo puente con estos valores de materiales haresultado ser conservativa. Si todas las verifica-ciones son positivas, no es necesario ningunatoma de muestras adicional. Si no es así, la tomade muestras puede limitarse a aquellos elemen-tos críticos en tracción en los que no se satisfa-ce la verificación de seguridad conservativa.

107

PROCEDIMIENTO SI NO ESTÁN DISPONIBLES…

8. RESUMEN FINAL

• Se han expuesto nuevos métodos de ins-pección y valoración relacionados con latenacidad de los materiales de los antiguospuentes de acero. Estos métodos ofrecenuna imagen completa de la seguridad resi-dual y la vida útil de dichos puentes y tam-bién permiten determinar medidas derefuerzo relacionadas con la resistencia y latenacidad.

• Los procedimientos basados en la mecáni-ca de la rotura se han simplificado tanto quesu valoración puede llevarse a cabo deforma tan sencilla como las verificacionesde resistencia convencionales.

• El uso del procedimiento simplificado sedemuestra mediante un ejemplo.

• Se ofrecen pautas para el proyecto delrefuerzo.

9. BIBLIOGRAFÍA

[1] Benning, W., Effkemann, Ch., PHIDIAS - einphotogrammetrisch interaktives digitalesAuswertesystem für den Nahbereich. ZPF-Zeitschrift für Photogrammetrie undFernerkennung 3/1991.

[2] Brühweiler, E., Essais de Fatigue sur desPoutres a Tripplis Double en per Puddle.Publication ICOM 159/1986.

[3] Bild, J., Beitrag zur Anwendung derBruchmechanik bei der Lösung vonSicherheitsproblemen im Stahlbau, Diss. RWTHAachen, 1988.

[4] Rice, J.R. and Tracey, D.M., J. Mech. Phys.Solids 17, pa. 201-217,1969.

[5] Cherepanov, G.P., Crack propagation in con-tinuous media. PMM Vol. 31, Nor. 3/1967, pp.476-488.

[6] Dahl, W., Dormagen, D., Ehrhardt, H., Hesse,W., Twickler, R., Anwendung bruchmechanischerKonzepte auf das Versagensverhalten vonGroßplatten. Nucl. Eng. and Design, Vol. 87/1985,pp. 83-88.

[7] Ehrhardt, H., Untersuchungen zum Einflußunterschiedlicher Fehlergeometrien auf dasVersagensverhalten von Stahl auf der Grundlagevon Großzugversuchen. Diss. RWTH Aachen,1988.

[8] Hensen, W., Grundlagen für die Beurteilungder Weiterverwendung alter Stahlbrücken. Diss.RWTH Aachen, 1992.

[9] Gresnigt, A.M., Injection bolts in structuralmembers. Researching 1991, Delft.

[10] Wuppertaler Stadtwerke AG, Patent fürkonische Bolzen mit metrischen Gewinden.Wuppertal 1990.

108

DIAPOSITIVAS COMPLEMENTARIAS DEL TOMO 20: SISTEMAS

ESTRUCTURALES. REHABILITACIÓN Y REPARACIÓN

109

111

T20c1 Vista de fachada de edificio antiguo con utilizaciónde asbesto

T20c2 Mismo edificio anterior con fachada de paneles deacero

T20c4 Estructura ligera cubierta T20c5 Recubrición de edificio existente

T20c3 Detalle de estructura ligera de cubierta

ITEA - webaero.net · 1. INTRODUCCIÓN Actualmente, la industria de la construc-ción considera con...

Documents

Transcript of ITEA - webaero.net · 1. INTRODUCCIÓN Actualmente, la industria de la construc-ción considera con...