“REFORZAMIENTO DE VIGAS CON PLATINAS DE ACERO” Dr …

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“REFORZAMIENTO DE VIGAS CON PLATINAS DE ACERO”

““REFORZAMIENTO DE VIGAS REFORZAMIENTO DE VIGAS CON PLATINAS DE ACEROCON PLATINAS DE ACERO””

Dr. Ing. Carlos Alberto Zavala ToledoDrDr. Ing. Carlos Alberto Zavala . Ing. Carlos Alberto Zavala ToledoToledo

UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultad de Ingeniería Civil

UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFacultadFacultad de Ingenierde Ingenieríía Civila Civil

1ER CURSO ALEMANIA-MÉXICO-PERÚ: “REHABILITACIÓN Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS EXISTENTES”

1ER CURSO ALEMANIA1ER CURSO ALEMANIA--MMÉÉXICOXICO--PERPERÚÚ: : ““REHABILITACIREHABILITACIÓÓN Y N Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS EXISTENTESREFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS EXISTENTES””

IntroducciIntroduccióón:n:

LLaa reparacireparacióón y reforzamiento de miembros de concreto armado, n y reforzamiento de miembros de concreto armado, deteriorados deteriorados óó de baja resistencia, de baja resistencia, toma unatoma una considerable considerable atenciatencióónnluego de la ocurrencia de eventos sismicos, cambios de uso de luego de la ocurrencia de eventos sismicos, cambios de uso de estructuras o incrementos de carga considerables que llevan al estructuras o incrementos de carga considerables que llevan al elemento en servicio a incursionar dentro del rango no lineal deelemento en servicio a incursionar dentro del rango no lineal de su su comportamientocomportamiento..

--Incrementos de carga considerablesIncrementos de carga considerables--Cambio de usoCambio de uso--Eventos sismicos Eventos sismicos

Por que reforzamosPor que reforzamos::

I Curso Alemania-México-Perú "Reforzamiento de Construcciones Existentes"CISMID-FIC-UNI (c) 2007

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-- Incremento de la rigidez y resistencia a flexiIncremento de la rigidez y resistencia a flexióón del n del elementoelemento, despu, despuéés de la reparacis de la reparacióón y reforzamiento.n y reforzamiento.--Comportamiento deComportamiento del sistema reforzadol sistema reforzado-- Evaluar Evaluar elel tipo de falla tipo de falla del sistema reforzadodel sistema reforzado-- ComparaciComparacióón de resultados experimentales con los n de resultados experimentales con los teteóóricos.ricos.

ObjetivoObjetivo de un Reforzamientode un Reforzamiento::

Casos RealesCasos Reales

Problemas constructivos


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Vida util de la estructura


Eventos imprevistos


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Problemas constructivosCambios de uso

El elemento de concretoEl elemento de concreto

--Todo elemento de concreto tiene la probabilidad de Todo elemento de concreto tiene la probabilidad de experimentar la siguiente secuencia en su experimentar la siguiente secuencia en su comportamiento:comportamiento:

* Fisuraci* Fisuracióón inicialn inicial* Agrietamiento* Agrietamiento* Fluencia del refuerzo* Fluencia del refuerzo* Capacidad m* Capacidad mááxima y colapsoxima y colapso


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EvaluaciEvaluacióón del Agrietamiento :n del Agrietamiento :

-- UbicaciUbicacióón y dimensionamiento del n y dimensionamiento del agrietamiento.agrietamiento.-- DeterminaciDeterminacióón de las caractern de las caracteríísticas del tipo de sticas del tipo de falla.falla.

ACERO A TENSION (FLEXION)GRIETA A FLEXION

TENSION TENSION

COMPRESION COMPRESION

ELEVACION

GRIETA CORTE / FLEXION

ACERO A TENSION (CORTE)

Cur v a C a r ga - de f or ma c i ón ( c a na l 4 ) ( 1° e nsa y o c on a l a mbr e N°16 )

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

Def or maci ón ( mm. )

(a) (b) (c)2.70

ELEVACION

ESPECIMEN VIGA DE C/A (0.15x0.40x2.70)

A

A

CORTE A-A

0.15

0.40

Refuerzo: As- 2 φ 3/8”As+ 3 φ 1/2”

Fuente: Ing. German Valdivia

Elemento Estructural falladoElemento Estructural fallado


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Proceso de Reforzamiento EstructuralProceso de Reforzamiento Estructuralcon platinas de Acero Estructural:con platinas de Acero Estructural:

-- Retiro del recubrimiento de concreto del fondo Retiro del recubrimiento de concreto del fondo de viga hasta presenciar la armadura principal.de viga hasta presenciar la armadura principal.


-- Retiro de todo material suelto sobre la superficie Retiro de todo material suelto sobre la superficie donde se fijardonde se fijaráá la platina de acero.la platina de acero.


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-- DescripciDescripcióón del refuerzo de la platina de acero.n del refuerzo de la platina de acero.

3"D=3/8"

0.20 0.20

3/8"

1/4"AWS 6011

AWS 6011

1/4"3/8"

AWS 6011

1/4"3/8"

PL 3"x1/4"D=3/8" D=3/8"


-- Proceso de fijaciProceso de fijacióón de la platina de acero al n de la platina de acero al refuerzo principal.refuerzo principal.


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-- Encofrado y colocaciEncofrado y colocacióón de pintura epn de pintura epóóxica en la xica en la superficie del vaceado del especsuperficie del vaceado del especíímen.men.

Procedimiento de Ensayo e InstrumentaciProcedimiento de Ensayo e Instrumentacióón:n:

-- Se ensayaron especSe ensayaron especíímenes con las siguientes menes con las siguientes caractercaracteríísticas geomsticas geoméétricas:tricas:

(a) (b) (c)2.70

ELEVACION

ESPECIMEN VIGA DE C/A (0.15x0.40x2.70)

A

A

CORTE A-A

0.15

0.40


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-- La estructuraciLa estructuracióón n del del aparatoaparato cargacarga es es mostrado:mostrado:

ESPECIMEN (15x40x270)

3.30

1.500.355 0.355

0.15 1.20

3.75Viga de Carga

Celda de Carga

0.15


-- DistribuciDistribucióón de n de los equipos de los equipos de ensayo:ensayo:


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EspecEspecíímen Reforzado con Platinas de Aceromen Reforzado con Platinas de Acero

LVTD

LVTDLVTDLVTD

6

2 3 4

75

1LVTD

ESPECIMEN VIGA 03 y 04 (A-36) LVTDLVTD

10

9

8SG

SG

SGSG-9

SG-10

SG-8

Mediciones durante elMediciones durante el EnsayoEnsayo

-- Resultados transductor LVTD 02Resultados transductor LVTD 02

CARGA - DESPLAZAMIENTO: LVTD 02

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40Desplazamiento (mm)

Car

ga (T

) VIGA 01

VIGA 02

VIGA 03

VIGA 04

VIGA 05

VIGA 06

Fuente: Ing. Jose Cartillo


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Mediciones durante elMediciones durante el EnsayoEnsayo



05

10152025


Car

ga (T

)

VIGA 01

VIGA 02

VIGA 03VIGA 04

VIGA 05

VIGA 06


Mediciones durante el ensayoMediciones durante el ensayo



0

5

10

15

20

25


Car

ga (T

)

VIGA 01

VIGA 02

VIGA 03

VIGA 04

VIGA 05

VIGA 06



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Durante el ensayoDurante el ensayo

Comparacion de Estados FinalesComparacion de Estados Finales

Refuerzo con Platina

Refuerzo con Fibra


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Vigas Reforzadas con Platinas de Acero

0123456789

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Curvatura (x1E-5)

Mom

ento

(t-m

)

Viga 03Viga 04

Result. Experiment. Vigas Ref con Platinas de Acero

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35Desp (mm)

Car

ga (t

)

Viga03Viga04


Vigas con RefuerzoVigas con Refuerzode platinade platina

ModelaciModelacióónn TeTeóóricricaa::

Un anUn anáálisislisis elastoelasto –– plpláástico para predecir la respuesta stico para predecir la respuesta de una seccide una seccióón rectangular, de una viga de concreto n rectangular, de una viga de concreto armado con bajo refuerzo, teniendo en su armado con bajo refuerzo, teniendo en su ladolado enenttracciraccióónn de la viga de la viga ununaa platinaplatina de de aceroacero(reforzamiento)(reforzamiento)..La vigaLa viga ensayada ensayada fue sometida afue sometida a carga estcarga estáática en los tica en los tercios y simplemente apoyada tercios y simplemente apoyada para producir una para producir una fallafalla a a flexiflexióón.n.


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CCáálculos Telculos Teóóricos:ricos:

-- Se asumieron curvas teSe asumieron curvas teóóricas de Esfuerzo ricas de Esfuerzo deformacideformacióón de los materiales.n de los materiales.


- Se adoptó la siguiente curva P - ∆ para las vigas reforzadas con platinas de acero estructural.

(1) AGRIETAMIENTO DEL CONCRETO

DESPLAZAMIENTO

(5)(4)

FLUENCIA DEL ACERO A-36

CA

RG

A

(2)

FALLA DEL CONCRETO EN LA ZONA A COMPRESION

ESFUERZO DEL CONCRETO f'c

(3) FLUENCIA DEL ACERO CORRUGADO


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C

Ts

pT

CCáálculos lculos TeTeóóricosricos sin refuerzo y con refuerzosin refuerzo y con refuerzo::

- Resultados obtenidos:

0123456789

10

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Curvatura (x1E-05)

Mom

ento

(t-m

)

Teorica-Reforz

Teorica-SinReforz


16

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Curvatura (x1E-05)

Mom

ento

(t-m

)

Sin reforzar-teorica

Viga03

Viga04

Resultados en Vigas ensayadas sin refuerzo Resultados en Vigas ensayadas sin refuerzo y comparaciy comparacióón con Modelo Teoricon con Modelo Teorico

Vigas sin Reforzar

0123456789

0 500 1000 1500 2000 2500 3000Curvatura (x1E-5)

Mom

ento

(t-m

)

Viga 03

Viga 04

Resultados Experimentales de Vigas sin Reforzar

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Desp (mm)

Car

ga (t

)

Viga03

Viga04


Vigas sin RefuerzoVigas sin Refuerzo

Fuente: Ing. German Valdivia


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Resultados en Vigas ensayadas con refuerzo Resultados en Vigas ensayadas con refuerzo y comparaciy comparacióón con Modelo Teoricon con Modelo Teorico

0123456789

10

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Curvatura (x1E-05)

Mom

ento

(t-m

)

Teorica-ReforzTeorica-SinReforzExp-SinReforz V04Exp-Reforz V04

0123456789

10

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Curvatura (x1E-05)

Mom

ento

(t-m

)

Teorica-ReforzTeorica-SinReforzExp-SinReforz V04Exp-Reforz V04

ComparaciComparacióón de Curvas Momento n de Curvas Momento -- CurvaturaCurvatura ::


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ComparaciComparacióón en Costosn en Costos ::

- Costos de Reparación y Reforzamiento /m de viga:

CFRP AceroCosto /mLineal de

Viga

Tipo de ReparaciónInyecciones de R. E.

Tipo de Reforzamiento

$30.00 $90.00 $20.00

Fuente: Ing. Jose Castillo

Conclusiones :Conclusiones :

- Las inyecciones de resinas epóxicas restituyen la rigidez y resistencia inicial del elemento de concreto armado

- Los niveles de incremento de resistencia del reforzamiento con la platina de acero son de aproximadamente el 10% de la viga en estado no fisurado.

- Los costos de reforzamiento hacen más preferible la opción del reforzamiento con platinas de acero.


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