UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ESTRUCTURAS

UBICACINLa cuna-Nido EL MILAGRO se ubica en el distrito del Rmac, a espaldas del Hipermercado METRO UNI (Cruce de las avenidas Tpac Amaru y Fray Bartolom de las Casas), entre las Calles 18 de enero y Villa El ngel en el Asentamiento Humano El Milagro.

General RecavarrenFIG1. Mapa de ubicacin.

ANTECEDENTESLos lugareos empezaron a botar desperdicios y con el tiempo se formo un relleno sanitario encima, poco despus se rompi una conexin de agua .El agua empez a limpiar toda la pendiente del cerro, eso origino el asentamiento de 30 cm que provoca las fallas en las unidades (los prticos).

1. DIAGNOSTICO SITUACIONALEn la visita realizada el da 27 de mayo a la CUNA-JARDIN EL MILAGRO se pudo observar fisuras en la fachada y paredes de un saln. Al interior del mismo de observ grietas profundas en las columnas y fallas por corte en los muros. Las grietas en la columna se produjeron por las denominadas columnas cortas. Tambin se observaron grietas y material de relleno en el patio.

FIG1 Falla por corte en la pared de un FIG1 Falla en el alfizar y columna. Saln de la CUNA-JARDIN EL MILAGRO

FIG1 Vista exterior de la falla por corte en el muro de un saln.FIG1 Falla por Columnas cortas.

FIG1 Los salones fueron edificados sobre material de relleno.

En los exteriores del colegio, en las construcciones aledaas son viviendas en su mayora de 2 a 3 pisos levantadas sin cumplir lo requerimientos tcnicos que garantizan la solidez de las estructuras habitacionales. Se observ carencia de columnas de refuerzo de concreto armado y muros sin vigas de amarre.

FIG1 Vivienda donde se puede observar carencia de columnas en la unin de muros.

FIG1 Escalera con espesor de garganta insuficiente y seccin columna insuficientes.Al interior de la misma se pudo observar expuesto el acero de refuerzo.

FIG1 Las viviendas edificadas sobre el cerro no presentan cimentacin adecuada y estn sobre terreno inestable, de pobre capacidad portante.

2. ANALISIS Y EVALUACION DE ESTRUCTURASLa CUNA-JARDIN EL MILAGRO se encuentra ubicado sobre relleno sanitario. Con el paso del tiempo debido a la presencia de cargas permanentes lo que produjo asentamientos diferenciales en las edificaciones. Los asentamientos diferenciales son los movimientos o desplazamientos relativos de las diferentespartesde unaestructuraa causa de un asentamiento irregular de la misma, provocados por un desequilibrio deesfuerzosen el suelo.Cualquier movimiento diferencial de un apoyo con respecto a otro, puede cambiar los momentos y fuerzas internas de diseo de la estructura, con la posibilidad de presentar fallas locales en vigas de conexin o en cualquier otro elemento.Los asentamientos diferenciales se limitan a los siguientes valores dependiendo del sistema estructural de la edificacin:En prticos L/300En muros L/500 a L/1000Donde L corresponde a la distancia horizontal entre apoyos.Ntese que para muros se es mucho ms exigente ya que los muros son ms rgidos (admiten menos deformaciones) que los prticos.Se debe recordar que por las ecuaciones de pendiente de flexin que cualquier asentamiento de un extremo de un elemento viga con respecto al otro extremo, causa una variacin de los momentos de extremo igual a:Variacin de M=En el aula los muros hacen de cua reduciendo la altura de la columna, razn por la cual se presentan fisuras. Los esfuerzos se reparten a lo largo de la viga y se transmiten hacia la otra columna ocasionando la falla de la misma. Cuando se tienen muros altos y un gran vano, se produce la denomina columna corta, y esta falla en la parte superior. Aunque la estructura presente una cimentacin, vigas y columnas adecuadas si presenta este problema, la estructura simplemente colapsa.

Actualmente en los colegios se hacen juntas de separacin de 3 cm y se asla la estructura, pero el mayor problema en la CUNA-JARDIN EL MILAGRO es el relleno sobre el que se encuentra cimentado.Si estuviera sobre un suelo de buena capacidad portante solucionar el problema de la columna corta no sera complicado. Simplemente se asla los muros colocando juntas de separacin entre la columna y estos. Una buena analoga podra ser que el edificio donde se encuentra el saln mencionado es una casa en la cual el primer piso sea de adobe y el 2do piso de material noble, si falla el primer piso, la estructura ya es inservible en conjunto.

En las construcciones aledaas la presencia de techo rgido y carencia de elementos de refuerzo como columnas y vigas de concreto armado en presencia de un sismo se producira falla por traccin diagonal. Esta situacin provoca severas grietas y un desplazamiento importante de las piezas de un dicho muro.

2. REPARACION Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURASEl reforzamiento est dirigido a incrementar la capacidad de carga y el estado de serviciabilidad de una estructura existente. Esto se vuelve necesario cuando los diseos estndares son adaptados para cubrir nuevas solicitaciones o cuando existen errores en el diseo o inadecuada mano de obra en la etapa de construccin.

2.1 PROCEDIMIENTOS PARA REFUERZO.

2.1.1 Sin cambiar el sistema resistente a fuerzas laterales.

Reforzando las losas para que su efecto como diafragma horizontal sea ms eficiente, especialmente s sufrieron agrietamiento. Reforzando columnas y/o muros existentes, para garantizar que su seccin transversal, participe con toda su rea e inercia, adems de que resistan los elementos mecnicos que les corresponden. Mejorando o rehaciendo la unin entre elementos estructurales existentes, para garantizar su trabajo de conjunto previsto en el diseo original o en la revisin. Recimentando para reducir la amplificacin de efectos, por volteo del conjunto o por desplazamiento excesivo de la cimentacin.

2.1.2 Cambiando el sistema resistente a fuerzas laterales.

Cambiando el sistema resistente a fuerzas laterales. Introduciendo nuevos elementos a la estructura original, como muros de rigidez, contraventeos diagonales, columnas y trabes nuevas. Eliminando piezas estructurales del proyecto y construccin originales como muros. contraventeos, etc., de modo que no participen ms para resistir fuerzas laterales. Recimentando, para modificar las condiciones de apoyo de columnas, muros contraventeos as como para reducir las caractersticas de volteo y/o desplazamiento del conjunto.

En cualquiera de los dos procedimientos, el trabajo simultneo entre diferentes piezas debe ser garantizado, a menos que se pretenda aprovechar las caractersticas de ductilidad de algunos elementos, cuya participacin completa y eficiente, sucede despus de que otras piezas o elementos han sufrido dao parcial aceptable.

El comportamiento estructural debe garantizar la continuidad de funcionamiento en operacin del inmueble. En todos los casos la integracin o incorporacin total y completa de nuevos elementos estructurales debe garantizarse, de tal modo que la estructura reforzada responda como si estas nuevas piezas hubieran estado presentes desde la construccin original.

2.1.3 Rellenado De Fisuras O Grietas

El rellenar fisuras de 0.5 mm y mayores, con resina epxica, produce mayor seguridad sobre la suposicin terica de rea completa e Inercia efectiva en la seccin transversal. El proceso de rellenado debe hacerlo personal especializado, con calafateo previo, para decidir inyeccin simple o a presin. Despus de efectuar un primer proceso de rellenado, es muy conveniente verificarlo, ya sea con ultrasonido o con extraccin de muestras. Grieta o fisura debida a una tensin diagonal que es la combinacin de una fuerza de corte (vertical) y otra de contraccin volumtrica y/o fuerza horizontal de trabajo bajo carga, especialmente por desencofrado prematuro. Se presentan en las cercanas del apoyo de la viga, y si aparecen despus del proceso constructivo, por defecto de estribos y/o baja calidad del concreto, generalmente se prolongan a la losa.

3.1 MTODOS DE REFORZAMIENTO

Los mtodos de reforzamiento pueden causar cambios en la rigidez, capacidad de carga, ductilidad y propiedades de amortiguamiento de los edificios. Estas propiedades deben ser tomadas en consideracin cuando se modifica la capacidad de carga de la estructura.

Entre las ms importantes tenemos:

3.1.1 Capacidad de CargaLos estados lmites, son aquellos en los cuales en conexin con el colapso u otras formas deFalla de una estructura, pueden poner en peligro la vida de las personas. Como una regla, las cargasTericas son determinadas de acuerdo a las cargas de riesgo ssmico.

3.1.2 ServiciabilidadLos estados limites de serviciabilidad son aquellos en los cuales, cuando son excedidos, Sobrepasan las condiciones de servicio estipuladas. Esto incluye:

Deformacin permanente, el cual modifica la apariencia o el uso de la estructura y el dao a las instalaciones. Fisuras, que pueden modificar la apariencia, durabilidad y fugas de agua. Como una regla, el estado de la serviciabilidad est basado en un pequeo sismo, para limitar costos de reparacin en el caso de sismos frecuentes.

3.1.3 RigidezLa distribucin de cargas a los componentes individuales de un sistema es proporcional a la rigidez de cada componente. Cuando se busca y disea un mtodo de reforzamiento, la rigidez del componente a ser reforzado y los componentes no reforzados deben ser comparados. Una redistribucin de cargas no debe crear nuevos puntos dbiles en la estructura.

3.1.4 DuctilidadEs la capacidad de la estructura a deformarse bajo la deformacin plstica. Bajo cargas fuertes, la deformacin inelstica ocurre cuando se permite que las fuerzas de la seccin se distribuyan en otras reas de la estructura.

3.1.5 Disipacin de energaEs la capacidad de un material a absorber energa Cintica (conversin al calor). La capacidad dctil bajo una carga alternativa es decisiva para esta carga ssmica.

3.1.6 Amortiguamiento

El especfico reforzamiento de componentes o la instalacin de componentes de amortiguamiento pueden incrementar considerablemente el amortiguamiento de las estructuras.

3.2 CIMENTACIONES

3.2.1 Ensanchamiento de Cimentacin

La perfecta conexin entre la antigua y la nueva cimentacin es un requisito fundamental para una ptima distribucin de las cargas. La cual se logra rompiendo las aristas y escarificando la superficie, despus se limpia el concreto viejo con aire comprimido. Luego se coloca el acero de refuerzo de acuerdo al diseo y se aplica el conector (puente) de adherencia y adhesivo de base epxica. Finalmente se coloca el concreto nuevo, el cual debe ser vibrado adecuadamente.

La conexin requerida entre el concreto existente y el nuevo es obtenida utilizando varillas de acero espaciadas adecuadamente, unidas con aditivos.

FIG1 Colocacin de conectores en la cimentacin.

3.2.2 Columnas De Concreto Armado

La falla de columnas individuales bajo cargas ssmicas es frecuentemente debido a un inadecuado diseo. Cuando las columnas de concreto armado muestran deterioro en su superficie y las varillas son visibles, este tipo de fallas pudo haberse causado debido a insuficiente estribos, insuficiente anclaje, y el acero est ubicado en reas crticas de la columna.

El dao a las columnas puede frecuentemente causar que pisos o incluso estructuras colapsen. Esto es particularmente cierto cuando un piso no es lo suficientemente rgido y las fuerzas horizontales solo se transmiten a la cimentacin a travs de las columnas. Generalmente ocurre la denominada falla por corte de las llamadas columnas cortas, como lo sucedido en las instalaciones de la CUNA-JARDIN EL MILAGRO .Estas son columnas que son impedidas de su libre movimiento y soportan la fuerza cortante en la parte libre de esta.

3.2.3 Reforzamiento con encamisetado de concreto

Las columnas pueden ser reforzadas con concreto encofrado o con concreto proyectado y refuerzo adicional. La desventaja de este tipo de reforzamiento es la gran cantidad de trabajo necesario para el encofrado y el problemtico proceso de compactado.

Se puede utilizar concreto proyectado debido a su gran versatibilidad para los diferentes tipos de reforzamientos y su por su rpida colocacin, pero el uso de concreto armado es un procedimiento ms frecuente. El alto rango de su uso es debido a la posibilidad de variacin de los materiales del concreto (agregados y aditivos) y su aplicacin a diferentes superficies. El reforzamiento adicional requerido para un elemento de una estructura toma fuerzas adicionales de tensin y cortante.

Los agujeros necesarios para el anclaje son realizados utilizando martillos rotatorios o martillos combinados. Donde el refuerzo es ubicado muy cerca, como es frecuentemente el caso en columnas, maquinas perforadoras especiales son utilizadas para cortar a travs del acero.El agujero de anclaje es llenado con adhesivo y el refuerzo de acero colocado en l. La buena adhesin entre el elemento existente y el refuerzo y la conexin del refuerzo en la cimentacin y la estructura es necesaria para asegurar una ptima transmisin de fuerzas. El uso de anclaje adicional de acero mejora la transmisin de fuerzas cortantes.

Figura 2 Ubicacin de anclajes en columnas

3.2.3 Reforzamiento con encamisetado de acero

El encamisetado es de aproximadamente 5 mm de espesor, el mismo que debe ser soldado longitudinalmente en el sitio. El espacio de 2 a 3 cm que queda entre el concreto y el encamisetado de acero es rellenado con concreto fluido de alta resistencia. Con columnas rectangulares en particular, el anclaje del encamisetado en el concreto es utilizado como sustitucin del estribo.Normalmente, los conectores son utilizados para transmitir los momentos de la cimentacin a la estructura.Una buena adherencia se logra eliminando las aristas y todo el concreto daado del ncleo de la columna original.

3.2.4 Reforzamiento con planchas de acero unidas

Se refuerza utilizando bandas de acero unidas o encamisetado con planchas completas de acero. Los cuales no deben ser usados en situaciones de temperaturas elevadas. (> 55 C.)Para una buena adherencia se escarificar la cara de concreto, formando una superficie plana y rugosa. Los componentes de acero son soldados juntos y unidos al elemento utilizando conectores o anclajes. Las planchas de acero deben ser preparadas con chorro de arena o lijado elctrico. El encamisetado de acero es adherido con un doble componente adhesivo de resina epxica o un doble componente adhesivo de resina epxica es inyectado despus.

Este tipo de reforzamiento con planchas de acero es utilizado para reforzar o reparar columnas mientras los ambientes estn en uso, debido a que el trabajo causa menos ruido y desperdicios.

Figura 4 Vista de las planchas de acero colocadas

3.2.5 Reforzamiento con encamisetado de fibras de carbn

Son fibras compuestas de alta resistencia. La superficie de concreto viejo debe tener una superficie plana sin concreto daado, la cual se logra erosionando con chorro de arena la superficie y luego con aire comprimido. Adems, se debe aplicar adhesivo de base epxica en la superficie de concreto y las fibras de carbn deben ser embebidas en resina epxica antes de ser colocada alrededor de la columna donde se formara un slido encamisetado despus del curado. Las columnas cuadradas y circulares son particularmente adecuadas para este mtodo, adems, debido a que tienen la ventaja de que no necesita soldadura.

Figura 5 Columna encamisetada con fibras de carbn

3.2.6 MUROS DE CONCRETO ARMADO

Aumento de seccinA los muros de concreto armado o placas se les aplica una capa de concreto proyectado. La transferencia de fuerzas cortantes puede ser transmitida por medio de anclajes, los cuales son embebidos en el concreto o fijados en el acero existente.

El espesor del nuevo concreto variara para satisfacer los requerimientos del diseo. El reforzamiento de placas con postensado externo, es tambin posible. Es sistema no podra ser utilizado en nuestra estructura analizada (CUNA-JARDIN EL MILAGRO) debido a que los muros son de albailera y no de concreto armado.

3.2.7 Reforzamiento con pretensado externo

El reforzamiento o reparacin correctiva de vigas de concreto armado puede ser llevado a cabo utilizando un pretensado longitudinal o transversal.El pretensado longitudinal es usualmente utilizado en los elementos de la parte exterior de la estructura. Esto elimina el costoso trabajo de instalacin de un tensionado en la parte interna.

Las medidas de proteccin contra la corrosin deben ser muy cuidadosas en los elementos postensores, ya que de ellos depende el reforzamiento.El tensionado transversal de vigas de concreto armado conlleva a una gran cantidad de perforaciones debido al gran nmero de estribos a ser tensionados.

4. POSIBLES SOLUCIONESEs indispensable como primero medida realizar un estudio de suelos y geologa, un anlisis del sistema suelo-cimentacin-superestructura, la determinacin de las fuerzas internas y deformaciones que se generan por esta interaccin, revisin de la capacidad de carga del suelo y de los hundimientos que se producen por las cargas sobre el suelo. CUNA JARDIN EL MILAGROLo recomendable en suelos de este tipo es utilizar pilotes o losas de cimentacin, tcnicas que se aplican en suelos sobre relleno. Los pilotes pueden colocarse bajo losas de cimentacin y pueden trabajar de tal forma que resista la carga en parte por friccin con el suelo y en parte por apoyo de contacto profundo.Para el reforzamiento de columnas y vigas se pueden algunos de los sistemas mencionados en el captulo anterior Reforzamiento con encamisetado de concreto, Reforzamiento con encamisetado de acero, Reforzamiento con planchas de acero unidas, Reforzamiento con encamisetado de fibras de carbn o Reforzamiento con pretensado externo. CONSTRUCCIONES ALEDAASSe debe colocar las columnas de refuerzo, se podra demoler parte del muro y colocarlas donde se requieran y tomar en cuenta los detalles constructivos apara una buena unin muro columna (unin entre concert nuevo y concreto viejo), para las viviendas ubicadas en los cerros la mejor opcin sera demoler ya que la cimentacin no es la adecuada y debido al tipo de suelo(terreno mal asentado) son vulnerables frente a un sismo.

PROBLEMAS ESTRUCTURALES DE LA CUNA-NIDO EL MILAGRO Y CONSTRUCCIONES ALEDAASPgina 1