miércoles, 11 de febrero de 2015

REFUERZO DE PILARES DE HORMIGON ARMADO (II)

REFUERZO MEDIANTE RECRECIDO DE HORMIGON

El uso del recrecido de hormigón armado envolviendo total o parcialmente a un soporte como forma de refuerzo es uno de los más antiguos, económicos y eficaces que se conocen.

Este sistema consiste en adosar una camisa de hormigón armado sobre el soporte que se quiere reforzar. En cuanto al tipo de hormigón usado en el encamisado, podemos distinguir:

Encamisado con hormigón tradicional Se usa un hormigón normal para el recrecido, esto es, mediante encofrado y vertido del mismo. En este caso, se recomienda usar un tamaño máximo de árido reducido y mejorar la trabajabilidad. El espesor mínimo de la capa de hormigón adicional puede situarse en torno a los 10 cm, si bien con medios adecuados, se puede llegar a espesores menores, aunque las recomendaciones de la bibliografia dan un mínimo de 7 cm.
Foto cortesia de O. Caballero, arquitecto
Encamisado con hormigón proyectado. Se proyecta directamente mediante gunitado el hormigón sobre la ferralla. Este sistema tiene excelentes propiedades de adherencia y resistencia. Con las nuevas técnicas de gunitado, el espesor del recrecido puede reducirse considerablemente hasta los 4-5 cm (no se recomienda para pilares espesores menores).

La transmisión de las cargas al refuerzo se produce mediante transmisión directa desde el forjado al recrecido y por transmisión por tensiones rasantes en la interfaz entre hormigones. Por lo que la unión entre hormigones en este tipo de refuerzo, es esencial para su buen funcionamiento. En efecto, como una parte de la carga aplicada se transmite al refuerzo mediante tensiones rasantes, para asegurar una adecuada transmisión de cargas, será preciso cuidar al máximo las condiciones de contacto existente entre el soporte de hormigón y el refuerzo. En ocasiones puede ser necesario aumentar o asegurar la adherencia entre el hormigón antiguo y el nuevo mediante el empleo de adhesivos, tipo resina epoxi, lechada o morteros de base cementicia. En este caso, si se realiza este puente de unión, hay que prestar atención al efecto barrera al paso de vapor de agua de los productos como las resinas epoxi.

Foto cortesia O.Caballero

La forma de puesta en obra es mediante el saneado de la superficie del soporte a reforzar (ya que se mejora la adherencia). Es conveniente el descarnado de las esquinas en el caso de pilares rectangulares para  evitar concentraciones de esfuerzo rasante en las mismas. Seguidamente se dispone el montaje de las armaduras, convenientemente ancladas o en cimentación o en la estructura horizontal. El efecto zunchado como se ha comentado en la anterior entrada es importante, con lo que los estribos juegan un papel fundamental en el refuerzo mediante este sistema. Posteriormente se hormigona el recrecido por alguna de las dos técnicas descritas anteriormente.



Hay que tener en cuenta en el diseño del recrecido si se dimensiona para que entre en carga cuando se deforme el elemento, es decir, para acciones que no estén presentes en el momento de la ejecución del refuerzo o que entre en carga desde un primer momento. En este caso es importante descargar completamente el soporte. No obstante siempre es recomendable una descarga del elemento a reforzar.

Foto Cortesia de O. Caballero

Es recomendable que el espesor del recrecido sea inferior a 1/3 del espesor del hormigón existente. En efecto el boletín CEB número 162 dispone que el espesor no sobrepase ese tercio.

En función de condicionantes de tipo constructivo, puede ser necesario el uso de mortero en vez de hormigón, si bien el primero presenta una mayor retracción, con lo que hay que tener mucho cuidado. Es por eso que se suele utilizar morteros especiales de baja retracción.

Las ventajas de este sistema son:
- Menor coste económico
- Sistema sencillo de ejecución en comparación con otros sistemas.
- La mano de obra no requiere un alto nivel de cualificación, si bien es conveniente que sea ejecutada por personal con cierta experiencia en la ejecución de obras de rehabilitación, cuidando los detalles y sobre todo la unión entre hormigones.
- Comportamiento satisfactorio, ya que la transmisión de cargas, si está bien ejecutado, es bastante óptima.

Los inconvenientes:
- Incremento de las dimensiones y del espacio necesario, por lo que muchas veces no es viable.
- No se puede poner en carga todo el soporte hasta que el hormigón no alcance su resistencia de cálculo.
- La rigidez del soporte aumenta, con lo que se puede producir una modificación de esfuerzos en la estructura.
- Posible incremento del esfuerzo cortante debido a sismos.

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Patologia en Edificación por Jose Moreno se encuentra bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported.

jueves, 5 de febrero de 2015

REFUERZO DE PILARES DE HORMIGON ARMADO (I)

En esta entrada y posteriores vamos a dar una serie de pinceladas a los refuerzos más usuales utilizados para pilares de hormigón armado.

Como se ha dicho en anteriores artículos, es importante delimitar sobre todo las diferencias entre reparación, refuerzo y protección, ya que evidentemente, no son lo mismo. Muchas veces estos vocablos son utilizados de forma incorrecta, ya que se habla de reparación cuando es en realidad un refuerzo y viceversa.

En este sentido, cuando hablamos de refuerzo, se refiere al incremento de la capacidad portante de un elemento. Normalmente, se realiza cuando un elemento de hormigón tiene una capacidad resistente inferior a la necesaria, bien sea a la especificada en proyecto, cuando ha perdido esa capacidad o cuando por reforma se quiere aumentar la misma.

No es la idea de esta entrada, meterse de lleno en explicar técnicamente ni en desarrollar cada tipología en el plano más experto, sino en describir su comportamiento, y las ventajas e inconvenientes de uno u otro sistema.

Los refuerzos más utilizados en España y en general en el resto del mundo son:
a) Refuerzo mediante materiales compuestos (FRP), que consiste en envolver al soporte original mediante una material formado por fibras de carbono, vidrio o aramida.
b) Encamisados de hormigón armado, que como su nombre indica es dotar al hormigón original de una envoltura nueva de hormigón armado
c) Refuerzos con encamisados metálicos. En este caso se usan elementos metálicos para realizar la envoltura.

Refuerzo encamisado pletina
Actualmente, la técnica de refuerzo estructural mediante encamisados metálicos del tipo angulares y presillas es la más utilizada en España. Aunque muchos técnicos prefieren el recrecido de hormigón, se usan los recrecidos metálicos debido a los problemas de espacio que generan esos recrecidos de hormigón armado.

Un aspecto importante en el caso de refuerzos de soportes de hormigón armado es la transmisión de esfuerzos. En efecto, el comportamiento del nudo viga-soporte, dependiendo de los refuerzos a utilizar varía de uno a otro. Muchos autores que se han estudiado postulan que para el cálculo del refuerzo, sobre todo si éste es mediante encamisado metálico o de hormigón armado, no se considere la resistencia a los esfuerzos del soporte a reforzar, aunque esto signifique el sobredimensionamiento de la solución.

En general cuando hablamos de recrecidos, si se quiere garantizar el correcto funcionamiento del refuerzo, también se deben recrecer todos los soportes que queden por debajo del afectado y en toda la altura del soporte. Es recomendable también, recrecer el inmediatamente superior, o considerar la posible excentricidad de las cargas que transmiten el refuerzo y el posible esfuerzo de punzonamiento en la estructura horizontal.


REFUERZOS MEDIANTE MATERIALES COMPUESTOS (FRP)

Empezamos con el refuerzo mediante FRP porque, aunque es el menos usado, si que es el más estudiado en la bibliografía.

Dentro de los materiales que se suelen emplear para fabricar el FRP, destacan las fibras de vidrio, aramida y carbono, siendo estas últimas las más empleadas debido a sus mejores propiedades mecánicas.
La técncia utilizada consiste en envolver el soporte a reforzar, mediante FRP, pegado con resina de tipo epoxi. Esta envoltura, y por el efecto de Poisson, produce un efecto de confinamiento del soporte que lo hace más resistente a la compresión. El efecto de Poisson, muy a grosso modo, consiste en que si se aplica una fuerza de compresión a un material, éste tiende a deformarse y agrandarse en la dirección perpendicular al esfuerzo. Si se consigue confinar este material, la resistencia a esa compresión aumenta, ya que no permite la expansión lateral. Lo que se conoce como compresión triaxial.

Este efecto de confinamiento, además, le dota al soporte de una ductilidad mucho mayor, con lo que este comportamiento es ideal cuando se quiere reforzar a sismo un soporte.

Detalle de pilar reforzado

El comportamiento de este sistema para soportes de sección circular es bastante óptimo. En cambio, cuando el soporte presenta una sección en forma cuadrangular o rectangular, el confinamiento pierde eficacia. En efecto, aunque no entremos de lleno en la explicación del fenómeno, se han dado muchos estudios acerca de este hecho, que es debido a que por la propia sección del pilar, solamente una parte del voumen de hormigón se encuentra confinado. Por lo que se recomienda redondear ,mediante picado, las esquinas del soporte. Aún así, se sigue produciendo una concentración de esfuerzos en las esquinas del pilar con respecto al centro de las caras.


Las ventajas de este sistema son:
- Poco peso, lo que conlleva a una rápida ejecución del mismo.
- Eliminación de andamios.
- Materiales estables frente a la corrosión, con lo que tienen un buen comportamiento con relación a la   durabilidad
- Módulo de elasticidad y límite elástico elevados, con lo que disponen de gran capacidad de deformación.
- No alteran las dimensiones iniciales del elemento reforzado con lo que no se aumenta prácticamente las dimensiones del pilar.

Los inconvenientes son:
- Necesidad de protección frente al fuego (por la presencia de las resinas epoxi).
- Eficacia reducida cuando los soportes tienen sección cuadrada o rectangular
- Precio elevado con respecto a los otros sistemas.
- Son materiales sin deformación plástica.


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