Rehabilitación de estructura con NSR10

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con los requisitos de la norma NSR-10, capítulo A-10, se establecen los procedimientos que deben seguirse para remodelar el sistema estructural de las edificaciones diseñadas y construidas con anterioridad a la norma especificada. Debido a que la presente edificación fue diseñada y construida con anterioridad a la vigencia de la norma mencionada se debe utilizar un análisis de vulnerabilidad sísmica según los criterios presentados en el aparte A.10.1.3 de la norma, en los cuales se establece que una edificación debe resistir temblores fuertes sin colapso. Puesto que es requisito que todas las edificaciones, especialmente las edificaciones de ocupación especial, como edificios gubernamentales, deben tener un comportamiento óptimo al momento de un sismo, debe verificarse inicialmente la vulnerabilidad de la presente estructura para establecer si existe un nivel de seguridad comparable con el que la NSR-10 exigiría para una edificación nueva.

Se propone iniciar el estudio con el chequeo del edificio con los componentes estructurales existentes para estudiar si los valores de derivas y esfuerzos en los elementos están ceñidos a la norma NSR-10 la cual limita el valor de la deriva de pisos a al menos el 1% de la altura entre pisos consecutivos y esfuerzos no mayores a los últimos de acuerdo con el reforzamiento de cada uno. Puesto que para las edificaciones diseñadas aplicando la actual versión del reglamento de construcciones sismorresistentes (NSR-10), los chequeos, cambios y alteraciones que se lleven a cabo deben cumplir con los requisitos vigentes de la presente norma.

El análisis se realizará para la estructura sometida a cargas sísmicas equivalentes para e igualmente utilizando un análisis dinámico modal considerando el efecto de las losas y la torsión a la cual la estructura pueda estar sometida. Para el análisis dinámico se utiliza el método del análisis espectral en el modelo tridimensional de la estructura. Para el análisis de la FHE se utilizan fuerzas puntuales horizontales en cada piso de la estructura.

Es conveniente anotar que para el análisis de fuerzas equivalentes y para cada alternativa de análisis modal que se estudien, se considerará inicialmente la estructura existente y luego de determinar la vulnerabilidad, se procederá a dar recomendaciones para intervenir la estructura. Para la estructura intervenida se debe cumplir, de igual manera, con los requisitos de derivas la norma NSR-10, y en el diseño definitivo se debe buscar el cumplimiento de esfuerzos en vigas y columnas, de acuerdo con las estipulaciones sísmicas recomendadas por el capítulo 4 del título A y el capítulo 21 del título C, de mencionada norma NSR-10.

Si en la medición de la resistencia y los índices de sobreesfuerzo se establece que la resistencia de la estructura en su estado actual es menor que las solicitaciones de carga (índices de sobreesfuerzo y flexibilidad mayores a la unidad), puede esperarse que la estructura actual no tiene un comportamiento similar al que se obtendría en una edificación nueva construida con el presente reglamento. Por tal motivo es de esperarse que se modifique el sistema estructural por un sistema que ayude a resistir y modificar los índices por debajo de la unidad. En general, la hipótesis de secuencia de falla de la edificación, con base en la línea de menor resistencia y falla progresiva de elementos con mayor índice de sobreesfuerzo se puede obviar con una distribución apropiada de los nuevos arriostramientos, repartidos distribuidos en la planta sin dejar sectores débiles.

Con el objeto de proponer una alternativa viable para la rehabilitación de una estructura y evitar futuros daños de elementos estructurales y muros divisorios que puedan estar afectados o hayan experimentado esfuerzos más allá del rango elástico, se presentan, en este informe, un diagnóstico de una estructura y el posterior mejoramiento del desempeño de la estructura. Se propone una alternativa que esté ceñida a los límites de deriva consignados en la sección A.6.4 de la norma NSR-10, y a los criterios de evaluación y diseño de la estructura existente en la sección A.10.3 de la misma norma.

EVALUACIÓN PRELIMINAR DE LOS MATERIALES Y LA CONSTRUCCIÓN

De acuerdo con los alcances que se desee señalar para una investigación patológica se pueden distinguir varios tipos de inspección entre los que se destacan: la inspección preliminar, detallada, especial o rutinaria. Las siguientes acciones debían ser adelantadas antes de comenzar con un estudio estructural de vulnerabilidad detallada de la estructura: inspección visual detallada, investigación documental de planos estructurales, arquitectónicos y estudios de suelos, levantamiento de daños en planos arquitectónicos, recuento fotográfico para evidencias de fallas en elementos principales y secundarios, definición y diagnóstico de secuencia de ensayos a materiales e informe preliminar de la inspección De acuerdo al Capitulo A.10 de la Norma Colombiana para el Diseño Estructural de Edificaciones Sismo-Resistentes, NSR-10, el cual es titulado 'Edificaciones Construidas Antes de la Vigencia de la Presente Versión del Reglamento' se deben establecer los requisitos generales para la evaluación, análisis de vulnerabilidad sísmica y rehabilitación de estructuras, por lo que es importante contar con la evaluación de daños, planos estructurales y arquitectónicos existentes y diagnóstico de la calidad de los materiales y la estructura. Un resumen del proceso de evaluación de la vulnerabilidad de la presente edificación se muestra esquematizado en la Figura 1. Tomando en consideración las condiciones de la edificación y considerando que se contaba con los planos del diseño estructural de la edificación, se recomendaros únicamente las siguientes pruebas de patología estructural: medición del recubrimiento, prueba de carbonatación, extracción de núcleos para determinación de la resistencia del acero, determinación de la verticalidad de pantallas y columnas. Con base en estas pruebas se procedió a evaluar la vulnerabilidad sísmica de la estructura en la siguiente sección.

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Ilustración 1.Secuencia de análisis para el estudio de vulnerabilidad de la edificación estudiada.

ESTUDIO DE CARBONATACIÓN:

Para medir la profundidad de carbonatación se realizó perforaciones en columnas y pantallas de la edificación.

Hubo áreas afectadas y áreas sin daño alguno por la carbonatación, el valor de pH por debajo de 9.5 y la diferencia con las siguientes fue que no cambiaron de color. Aquéllas que no presentaban ningún daño, con pH superiores a 9.5, se tornaron rojizas o con un color violeta brillante.

En las siguientes tablas se puede observar los datos obtenidos del sótano, tercer piso y cubierta.

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Hacia diferentes investigaciones y diversos estudios se ha podido establecer que la profundidad de la carbonatación se relaciona con el tiempo de vida de una edificación.

Se asume un valor promedio del recubrimiento hasta el refuerzo principal se calcula el tiempo total que falta para que la carbonatación llegue al acero en lo cual al valor obtenido en tiempo se le debe restar los años de funcionamiento de la edificación, para de esta manera obtener el resultado de los años que faltan antes que se empiece a presentar la corrosión de las barras de refuerzo.

DATOS TOMADOS TERRAZA DEL TERCER PISO

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De estos datos se puede concluir, como primera medida, que el fenómeno de carbonatación es relativamente alto en la columna de eje B-3, donde en promedio el valor alcanzado es de  20mm.

En un edificio se pueden presentar inconvenientes y complicaciones para establecer la magnitud del recubrimiento debido a que puede ser muy variable, pero como un valor generalizado se pueden tomar 40 mm, según observaciones preliminares de la estructura.

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Podemos observar que en la se presenta con claridad la relación entre los años que hacen falta para que la carbonatación alcance el acero de refuerzo y la distancia de avance la misma.

El valor de cero años empieza en el valor promedio de la profundidad de carbonatación encontrada y en la misma gráfica se observa que de continuar con las condiciones del ambiente que le rodea igual a como han estado los últimos años, el acero de refuerzo no se verá afectado por la carbonatación en casi 50 años, aún si se considera la desviación estándar de los datos presentados.

Examinado el promedio de las muestras que han presentado más de 20 mm de penetración se necesitarían 20 años, adicionales a los que ya tiene la estructura para que el avance de la carbonatación llegara al acero de refuerzo principal.

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS ELEMENTOS DE LA ESTRUCTURA

Para determinar la resistencia del concreto que se encuentra en los muros de contención, pantallas y columnas se realizó mediante muestreo de 20 núcleos de concreto, la extracción de núcleos de concreto se realiza mediante un taladro extractor de núcleos, en conjunto con brocas diamantadas de forma cilíndrica, se obtienen muestras representativas de concreto siguiendo las indicaciones y los procedimientos detallados en la norma NTC 673, NTC 3658 las cuales consideran   hacerle el ensayo de compresión y dichos núcleos arrojaron los siguientes valores de laboratorio

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