2.- Criterios de Diseño (Comentarios)

Criterios de DiseñoProyecto de Reparación y Refuerzo

Concurso Sika Awards 2013

Noviembre 2013

Autores:Guillermo Rivera TapiaFabián Gutiérrez Alfaro

Rev. Fecha TemaA 13 Nov 2013 A revisión

Proyecto de Reparación y Refuerzo Hospital Dr. Juan Noé Crevani, Arica


Contenido1.-ALCANCE..........................................................32.-CÓDIGOS APLICABLES...............................................32.1-NORMAS NACIONALES.............................................32.2-NORMAS EXTRANJERAS DE DISEÑO..................................32.3-MANUALES APLICABLES...........................................32.3.1-Manuales para reparación estructural......................32.3.2.-Otros documentos en consideración........................3

2.4-SOFTWARES APLICABLES..........................................33.-CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS......................................44.-CARACTERÍSTICAS DEL REFUERZO.....................................65.-DEFINICIÓN DE CARGAS.............................................86.-VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTRUCTURALES.......................97.-CONSIDERACIONES PARA REPARACIÓN ESTRUCTURAL......................9


1.-ALCANCE

En el siguiente documento se presentarán los antecedentes recopiladosque servirán de base para establecer las hipótesis que definirán lascaracterísticas estructurales del sistema en estudio. En conjunto conlo anterior se presentará la normativa considerada para el diseño deelementos de hormigón armado como también manuales que servirán comoreferencia para las especificaciones técnicas especiales.

2.-CÓDIGOS APLICABLES

2.1-NORMAS NACIONALESNormas Básicas Para el Diseño

Nch 1537 Of 86 Cargas permanentes y sobrecargas de uso. Nch 430 Of 2008 Decreto 60

2.2-NORMAS EXTRANJERAS DE DISEÑO American Concrete Institute – Building Code Requirements for

Structural Concrete and Commentary ACI 318-08 American Concrete Institute –Guide for Design and Constructions

of Externally Bonded FRP System for Strengthening Concrete Structures ACI440.2R-08

2.3-MANUALES APLICABLES

2.3.1-Manuales para reparación estructural Instituto del cemento y del hormigón - Técnicas de reparación y

refuerzo de estructuras de hormigón armado y albañilerías Federal Emergency Management Agency – Repair of Earthquake

Damaged Concrete and Masonry Wall Building FEMA-308.


2.3.2.-Otros documentos en consideración M. Ceric. 2004. Refuerzo del hospital ‘’Dr. Juan Noé Crevani’’

con diagonales de acero Bases del concurso Sika Awards 2013.

2.4-SOFTWARES APLICABLES Software de diseño de refuerzos FRP Sika Software de análisis structural ETABS

3.-CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

Las características geométricas a considerar de la estructuracorresponden a las indicadas en las bases del concurso. El edificioen estudio consta de un edificio de sistema de marcos de 5 pisos dealtura, donde cada piso tendrá:

28 columnas por nivel de sección 70x70 en los 2 primeros nivelesy 60x60 del tercero al quinto. Del total de vigas 18 sonperimetrales. La resistencia media indicada de compresión delhormigón es f’c de 280 kg/cm2.

45 vigas por nivel de sección 40x70 (ancho x profundidad) entodos los niveles. Del total de vigas 18 son perimetrales. Laresistencia media indicada de compresión del hormigón es f´c de330 kg/cm2.

Losa de hormigón de espesor medio 15 cm. La resistencia mediaindicada del hormigón es f´c de 350 kg/cm2.

Los antecedentes anteriores son útiles pero no suficientes paradeterminar la geometría de la estructura por lo que se recurrió a


otros estudios para la estructura de la que se hace referencia en elconcurso1.

En cuanto a la disposición espacial de los elementos se consideró lasiguiente estructura.

1M. Ceric. 2004. Refuerzo del hospital ‘’Dr. Juan Noé Crevani’’ con diagonales de acero


Elevación eje longitudinal.

Elevación eje transversal.


Planta.


El edificio se considerará constituido por 7 ejes transversalesenumerados del 1 al 7, las vigas que se disponen en estos ejes son delongitudes 8.1m, 4.8m y 8.1m respectivamente. También se considerarán4 ejes longitudinales enumerados de la letra “A” a la “D” cuyas vigastendrán una longitud de 5.75m. En cuanto a la altura de las columnasde cada piso, las columnas de los primeros 2 pisos tendrán una alturade 3.85m y para los pisos superiores será de 3.5m.

4.-CARACTERÍSTICAS DEL REFUERZO

Para determinar el refuerzo de acero de la estructura, también serecurrió a los antecedentes recopilados de las memorias antesreferenciadas, sin embargo las dimensiones de las vigas del edificioreal difieren de las entregadas en las bases del concurso, por lotanto se consideró el refuerzo existente de las vigas en base a lascuantías de las vigas del edificio real, además se redujo la cantidadde vigas distintas en cuanto a refuerzo a solo 2 tipos distintos. El


procedimiento para determinar cuál de las cuantías de las vigasreales podrían ser representativas para nuestro estudio consistió enhacer un listado de las vigas reales consideradas en la memoria ytomar 2 de las cuantías de vigas que más aparecen considerando unapara vigas perimetrales y otra para las vigas interiores, seconsideró que estas 2 vigas se repiten en cuantía en todos los pisos.Las vigas reales que más se repiten del edificio real son lassiguientes:

ACERO TRANSVESAL

4 70X70 4f26 + 4f26 8f8 5f26 ED f10 @ 205 70X70 4f26 8f8 5f26 ED f10 @ 2017 70X70 6f26 + 6f22 8f8 6f22 ED f10 @ 2018 70X70 6f22 8f8 6f22 ED f10 @ 20

Tipo Dim ensión [cm 2]

SUPERIOR CENTRO INFERIOR

Dim ensiones y arm adura de las secciones de las vigas.SECCIÓN ACERO LONGITUDINAL

Fuente: M. Ceric. 2004. Refuerzo del hospital ‘’Dr. Juan Noé Crevani’’ con diagonales de acero

1er Tercio 2º Tercio 3er Tercio

4 5 417 18 17

Viga exterior

Viga

Viga interiorFuente: Elaboración propia

Las cuantías asociadas a estos elementos y las adoptadas son lassiguientes:

451718 0.53

0.54 0.53 0.531.120.47

0.470.47

1.050.53

0.53

r inferior real % r superior adoptada % r superior adoptada %0.87 0.54 0.88 0.53

r superior real %

0.43

Fuente: Elaboración propia.

Las diferencias entre las cuantías reales y las adoptadascorresponden a la diferencia entre el área de refuerzo exacta y losdiámetros de las barras considerados. Los diámetros asociados a lascuantías adoptadas.son los siguientes:


ACERO TRANSVESAL

4 40X70 5f25 8f8 3f25 ED f10 @ 205 40X70 3f25 8f8 3f25 ED f10 @ 2017 40X70 6f25 8f8 3f25 ED f10 @ 2018 40X70 3f25 8f8 3f25 ED f10 @ 20

Tipo Dim ensión [cm 2]

SUPERIOR CENTRO INFERIOR

Dim ensiones y arm adura de las secciones de las vigas.SECCIÓN ACERO LONGITUDINAL


Para establecer el refuerzo de las columnas del edificio se tomaronlos antecedentes de la memoria directamente, ya que coinciden con lascaracterísticas geométricas indicadas en las bases del concurso. Elrefuerzo en las columnas es el siguiente:

Dim ensión[cm 2]

Piso 1 70x70 36f26Uniform e por las cuatro caras

2Ef10@ 20


2Ef10@ 20


2Ef10@ 20


2Ef10@ 20


2Ef8@ 20

Piso Arm adura Longitudinal Distribución Arm adura

Transversal

Fuente: M. Ceric. 2004. Refuerzo del hospital ‘’Dr. Juan Noé Crevani’’ con diagonales de acero

Se considera adicionalmente que los elementos de hormigón armadoestán conformados por acero con un límite de fluencia de 3500kgf/cm2.


5.-DEFINICIÓN DE CARGAS

Para establecer las cargas se consideró la norma Nch 1537of862 parala cual se estableció el valor de las sobrecargas de uso que seconsideraron en el análisis estructural. Según la norma, qk paratechos deberá considerarse como una carga mínima de 1 kPa y 3 kPamínimo para hospitales en áreas de quirófanos, laboratorios, etc. Nose consideraron efectos adicionales puesto que las cargas son paradeterminar la distribución de esfuerzos internos tipo. Cabe destacarque no se consideraron cargas sísmicas solo gravitacionales sinembargo en la memoria de cálculo se presentarán las verificacionescorrespondientes al capítulo 21 del ACI 318-08 para pórticosespeciales según establece el decreto 60.

Las sobrecargas de uso utilizadas en cada piso se presentan acontinuación:

Piso qk kgf/m 21 1002 3003 3004 3005 300


Los efectos de peso propio de los elementos viga, columnas y losas seconsiderará en base a la misma norma que establece que el pesoespecífico del hormigón armado corresponde a 2.5 T/m2.La combinación de cargas que se utilizó en el análisis fue 1.2D (pesopropio) +1.6L (sobrecarga), no se consideraron más combinaciones paracargas últimas debido a que al ser una estructura simétrica ysometida solo a cargas gravitacionales, esta combinación es la másdesfavorable para la estructura. Además se considera la combinación D+ L como carga de servicio de la estructura con la que se verificarondeformaciones iniciales para el sistema FRP y el de placas de acero.

2 Nch 1537 Of 86 Cargas permanentes y sobrecargas de uso


6.-VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS DE ESTRUCTURALES

Las disposiciones a verificar en este trabajo se basaron en ACI 318-08, específicamente en los capítulos 8, 10, 11 y 21.

La base de cálculo de los elementos de refuerzo FRP se basa enAmerican Concrete Institute –Guide for Design and Constructions ofExternally Bonded FRP System for Strengthening Concrete StructuresACI440.2R-08. Para los refuerzos en base a placas de acero se utilizóla misma metodología considerando como material de refuerzo el acero.

7.-CONSIDERACIONES PARA REPARACIÓN ESTRUCTURAL

Como base para establecer las especificaciones técnicas especialespara las reparaciones de las grietas en el edificio asi como lareposición de hormigones deteriorados se tendrá como base laestimación de las posibles causas de los deterioros.

Para el caso de las grietas es posible establecer de que producto deque el edificio data de los de la década del 50’ es posible que hayasido afectado al menos por 3 sismos de importancia: el terremoto deIquique de 1987 7.2 escala Richter, el terremoto de Tarapacá del 20057.8 en escala sismológica de magnitud de momento y por último elterremoto de Tocopilla del año 2007 7.7 en la escala de magnitud demomento. Estos antecedentes son válidos para determinar que elrefuerzo de la estructura haya fluido y las grietas no hayan vuelto asu posición inicial. Esto indica que la estructura se encuentra en unmecanismo de falla por flexión ya que de no ser así y predominarefectos como el corte, la ductilidad de la estructura no hubiese sidosuficiente para seguirla conservando en pie y hubiese colapsado.

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