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Se debe considerar el refuerzo de estructuras de hormigón cuando la estructura existente se ha deteriorado o se deben realizar cambios en la estructura que pueden hacer que la estructura no pueda cumplir el propósito para el que fue diseñada. A menudo, se debe prestar atención a los materiales existentes en su estado degradado, las cargas durante el refuerzo y las geometrías existentes. En algunos casos, puede ser difícil llegar a las áreas que necesitan fortalecimiento. Todos los modos de falla deben evaluarse al realizar el refuerzo estructural del concreto. El endurecimiento estructural contra la flexión puede provocar una falla por cortante en lugar de brindar la capacidad de carga aumentada deseada. También se debe tener en cuenta que el modo de falla del miembro endurecido no es lo único que importa. Cuando se fortalece un miembro clave de la estructura, otro miembro puede convertirse en un miembro clave. Los sistemas estructurales indeterminados tienen rigidez variable, por lo que se debe investigar toda la estructura. El endurecimiento también debe diseñarse para minimizar la necesidad de mantenimiento y reparación. Si se diseña el refuerzo, adicionalmente se deben considerar las consecuencias de la pérdida del efecto del refuerzo debido a incendios, vandalismo, colisiones, etc.
La documentación existente de la estructura es a menudo muy pobre y, a veces, incluso incorrecta. Es posible que sea necesario rediseñar la estructura utilizando código anterior que puede haber estado activo cuando se construyó la estructura. Esto proporciona un buen conocimiento de la estructura del mecanismo de acción, pero de lo contrario se deben realizar estudios de campo para comprender la estructura. Sin embargo, el diseño del endurecimiento debe cumplir con los requisitos del código actual. No solo los aspectos financieros y estructurales, sino también los aspectos ambientales y estéticos deben considerarse como base para la determinación del método de refuerzo.
Ductilidad de estructuras de hormigón para refuerzo estructural.
La mayoría de los compuestos de fibra son materiales elásticos lineales sin límite elástico definido. Por otro lado, las estructuras deben diseñarse para fallar de manera dúctil, o al menos para proporcionar señales de advertencia adecuadas antes del colapso potencial. La ductilidad se puede definir como la capacidad de una estructura para deformarse mientras sostiene una carga, incluso cuando se excede la capacidad máxima de carga. Es importante distinguir entre ductilidad del material y ductilidad estructural. El acero se considera un material dúctil, pero las barras de refuerzo con anclajes cortos pueden ser un ejemplo de fractura frágil. Las propiedades del material y la ductilidad estructural no dependen directamente, y los materiales elásticos lineales pueden aumentar la ductilidad estructural. Las vigas de hormigón reforzadas a flexión con barras de acero a menudo se consideran muy dúctiles. Sin embargo, considere la misma viga sujeta a cargas de fatiga que inducen grandes deformaciones en el acero tanto en compresión como en tracción. La carga fragiliza la estructura, pero empeora el comportamiento normal de la estructura. Considere la misma viga bajo carga de fatiga y reforzada con un material elástico lineal. El refuerzo reduce la tensión en la barra de acero para que no falle por fatiga. En cambio, se observa un comportamiento dúctil. Se ha trabajado en muchos tipos diferentes de estructuras para restaurar o aumentar la capacidad de flexión. Una de las principales preocupaciones es que la falla por cortante es muy frágil y tiene una energía elástica almacenada más alta que antes del fortalecimiento, por lo que a menudo hay poca o ninguna advertencia antes de la falla. Por otro lado, las estructuras con fractura frágil por cortante pueden reforzarse de tal manera que el modo de falla cambie a un modo más dúctil y amistoso.
Necesidad de Refuerzo Estructural de Estructuras de Concreto
Las estructuras de hormigón deben reforzarse por una de las siguientes razones:
- El aumento de la carga puede ser causado por el aumento de la carga útil, el aumento de la carga de las ruedas, la instalación de equipos pesados o la vibración.
- Daños a los componentes estructurales debido al envejecimiento de los materiales de construcción o al fuego, la corrosión de las barras de refuerzo y/o el impacto del vehículo.
- Idoneidad mejorada para su uso al limitar la deflexión, reducir la tensión de las barras de refuerzo y/o reducir el ancho de la fisura.
- Modificación de sistemas estructurales eliminando aberturas a través de muros/columnas y/o losas.
- Errores de planificación y construcción debido a dimensiones de diseño insuficientes y barras de refuerzo insuficientes.
Estrategia de fortalecimiento
Al fortalecer las estructuras, hay varios aspectos a considerar. Esta figura muestra un ejemplo esquemático de una estructura con capacidad portante insuficiente debido a defectos de diseño que ya existían antes de su puesta en servicio. Luego se mejoró ligeramente por encima del nivel de rendimiento deseado. Después de un tiempo, un accidente, choque, incendio o sobrecarga dañó la estructura hasta el punto de que el sistema no cumplió con sus requisitos de rendimiento. Desde entonces, el daño se ha reparado a un nuevo nivel de rendimiento satisfactorio. Con el tiempo, las demandas de las estructuras cambiaron, exigiendo mayores capacidades de carga, y las estructuras tuvieron que reforzarse a niveles de rendimiento más altos para cumplir con estas demandas. La tercera mejora permitió atender nuevas demandas y mantener la estructura.
Figura 1. Historial de desempeño estructural
La necesidad de mejora puede no ser tan complicada si no se tiene en cuenta la degradación. El rendimiento deficiente debido a errores de diseño, accidentes o aumento de la demanda es muy claramente identificable. Si el deterioro es significativo, se vuelve más complicado. Para estructuras nuevas que no son adecuadas debido a fallas de diseño o estructurales, la magnitud del problema es más o menos conocida y la vida útil deseada de la estructura también se puede expresar muy claramente. Sin embargo, elegir un método de enriquecimiento apropiado puede ser complicado. Para las estructuras más antiguas que necesitan refuerzo, la situación es aún más complicada. Una de las cuestiones clave es la vida útil restante de la estructura. Por ejemplo, si una cimentación solo funciona por otros 10 años, no siempre tiene sentido fortalecer la estructura para darle otros 50 años de vida. Por ejemplo, la red de carreteras puede cambiar dentro de cinco años debido a un gran proyecto de infraestructura. Mientras tanto, si es necesario reparar el puente vial existente para garantizar una confiabilidad suficiente, será muy rentable reemplazar el puente viejo por uno nuevo. En este caso, el puente debe repararse si es posible, y la vida útil del puente reparado no debe exceder los 5 años.
Fig. 2 Medidas de degradación y refuerzo
Teniendo en cuenta la degradación, las estrategias de mejora se vuelven más complejas. Esto se muestra esquemáticamente en la Figura 2. El nivel de rendimiento de la estructura se ha degradado gradualmente, pero aún cumple con los requisitos de rendimiento. Se imponen nuevas demandas a la estructura, pero aún cumple con los requisitos de rendimiento por el momento. El mal desempeño en el futuro cercano está mal estructurado y marcado con una X. La tasa de deterioro depende del caso. Sin embargo, en este caso tendrás que mejorar la estructura mediante refuerzos.
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