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Análisis de la seguridad estructural en estructuras de hormigón armado existentes

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ANÁLISIS DE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL EN ESTRUCTURAS DE
HORMIGÓN ARMADO EXISTENTES
TESIS DE GRADO – INGENIERÍA CIVIL
AUTOR: JERI LOZANO, JORGE LUIS
DIRECTORAS: FOLINO, PAULA
RIPANI, MARIANELA
Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes
Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
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Análisis de la seguridad estructural en estructuras de hormigón armado existentes

  • 1. ANÁLISIS DE LA SEGURIDAD ESTRUCTURAL EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO EXISTENTES TESIS DE GRADO – INGENIERÍA CIVIL AUTOR: JERI LOZANO, JORGE LUIS DIRECTORAS: FOLINO, PAULA RIPANI, MARIANELA
  • 2. Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020 2
  • 3. 3 CONTENIDO: • INTRODUCCIÓN • REGLAMENTO ACI 562-16 • DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA IN SITU DE LOS MATERIALES SEGÚN ACI 562-16 • RECOMENDACIÓN BULLETIN 80 FIB • EJERCICIO PRÁCTICO • COMPARACIÓN DE LOS MÉTODOS DE EVALUACIÓN Y CONCLUSIONES Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 4. 4 INTRODUCCIÓN Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 5. 5 Puentes Carreteras Presas Muchas estructuras existentes fueron consideradas casi eternas y no recibían mantenimiento Produciendo gastos multimillonarios de reparación Se comprendió que las estructuras sufren deterioro natural, o sufren procesos patológicos Se detectó la falta de formalidad en los procesos de reparación Canales Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 6. 6 Función de la reparación/rehabilitación La estructura debe cumplir la función para la cual fue diseñada durante su vida útil. NORMAS Y RECOMENDACIONES Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 7. 7 Estados Unidos Canadá Las obras civiles consumen un estimado de 390 millones de m3 de hormigón por año. El volumen utilizado desde 1930 hasta 2006 es de 7 mil millones de m3. Los costos de reparación se estima entre 18 y 21 mil millones de dólares. Tiene una tasa de crecimiento anual de aproximadamente de 100.000 mil millones NDC. Total de obras construidas con un valor estimado de 2,94 trillones NDC. El costo de reparación/rehabilitación anual: EJEMPLOS: Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 8. 8 Los proyectos de reparación/rehabilitación de estructuras existentes son un desafío • Nuevos proyectos, los ingenieros trabajan con una “pizarra en blanco” y pueden consultar varios códigos. • En estructuras existentes se debe trabajar dentro de las limitaciones de la estructura, obtener información de la misma, determinar las propiedades de los materiales, y definir qué código de construcción debe cumplir el proyecto. • Los procesos de reparación/rehabilitación varían ampliamente. Objetivos: • Definir las condiciones mínimas de seguridad confiabilidad • Pautas que los ingenieros deben cumplir Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 9. 9 REGLAMENTO ACI 562-16 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 10. 10 Consideraciones:  Alcance  Versatilidad Proyecto de reparación/rehabilitación: 1. Evaluación preliminar 2. Determinación de la resistencia in situ 3. Determinación del coeficiente de reducción 4. Categoría de rehabilitación 5. Diseño de reparaciones estructurales Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 11. 11 a. HISTORIA b. DOCUMENTACIÓN c. ENSAYOS MECANICOS 3. Factores de reducción de la resistencia • Resistencia del material • Fabricación • Método de análisis Fuentes de incertidumbre: Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 12. 12 4. Determinación de la categoría de rehabilitación Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 13. 13 4. Determinación de la categoría de rehabilitación 1. Condición estructural insegura 2. Daños estructurales sustanciales IEBC-15 Cargas laterales: Cargas gravitatorias: 3. Condición de deterioro con aumento de capacidad 4. Condición de deterioro sin aumento de capacidad 5. Adiciones/Ampliaciones 6. Modificaciones 7. Cambios de ocupación IEBC-15 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 14. 14 ACI 562-16: Determinación de la resistencia in situ de los materiales Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 15. 15 RESISTENCIA DEL HORMIGÓN Es una estimación de la resistencia a compresión in situ a 28 días superado por el 86,5% de los testigos. Procedimiento: ACI 214-4R • F l/d= Relación largo-diámetro • F dia= diámetro • F mc= Contenido de humedad Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 16. 16 Cantidad mínima de testigos de hormigón Mejor predicción de los resultados Mayor probabilidad de encontrar un testigo incorrecto N° de testigos Mayor probabilidad de debilitar la estructura N° de testigos mín = 6 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 17. 17 Cantidad mínima de testigos de hormigón • Método ASTM E 178-80 Valor crítico Factor estadístico Valor crítico < Factor estadístico N° de testigos mín = 6 • Método Rousseuw y Leroy Ordenar los testigos = , − , = , − , Factor de escala Se debe descartar el testigo dudoso Factor estadístico N° de testigos mín = 6 Se debe descartar el testigo dudoso Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 18. 18 Procedimiento para determinar la resistencia mediante ensayos destructivos 1. Elaborar un plan de trabajo. 2. Extraer, ensayas y determinar la resistencia de los testigos. 3. Convertir la resistencia de los testigos en resistencia in situ. 4. Verificar si existe un valor dudoso. 5. Calcular el valor medio y el desvío de la muestra. 6. Calcular la resistencia específica equivalente del hormigón de acuerdo al ACI 562-16. Resistencia del hormigón en base a ensayos no destructivos Grandes volúmenes de hormigón 1. Elaborar plan de muestreo 2. Seleccionar los lugares de ensayo. Mínimo de 6 a 9 lugares. 3. Realizar el ensayo no destructivo. 4. Extraer uno o dos testigos de cada lugar. 5. Estimar la resistencia a compresión del hormigón Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 19. 19 RESISTENCIA DE LAS BARRAS DE ACERO La tensión de fluencia equivalente es una estimación de un fractil del 10% con un intervalo de confianza del 90% de la distribución de la resistencia estática del acero. Intervalos de Lawless Información disponible Estimación en función del año de la obra Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 20. 20 Fib Bulletin 80 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 21. 21  Alcance  Procedimiento Estados límites EN 1990:2002 MFPA o MVD Nuevo Estado límite Evaluar la estructura existente Evaluar la reparación Índice de confiabilidad objetivo Criterio económico Criterio de seguridad humada Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 22. 22 I. Determinación del índice de confiabilidad objetivo ¿Por qué es necesario definir un nuevo β? 1. Costos de reparación son mayores a los costos de construcción. 2. Vida residual ≤ Vida útil de diseño. 3. Disponibilidad de información. a. Criterio económico Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020 b. Criterio de seguridad humada • Riesgo individual • Riesgo grupal
  • 23. 23 II. Métodos de evaluación Resistencia característica • Factor parcial de la resistencia del material • Factor parcial de la incertidumbre de la modelación y de la geometría • Factor parcial de las cargas permanentes • Factor parcial de la incertidumbre de la modelación del efecto de las cargas Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 24. 24 a. MÉTODO DEL VALOR DE DISEÑO • Incorpora la distribución actual de las resistencias y cargas • Índice de confiabilidad objetivo • • • Desestabilizantes Estabilizantes • Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 25. 25 b. MÉTODO DEL FACTOR PARCIAL AJUSTADO • Factor de ajuste de la resistencia del material Información estadística de los materiales no están disponible. • Factor de ajuste de las cargas permanentes Información estadística de las cargas no están disponible. Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 26. 26 COMPARACIÓN ENTRE EL ACI 562-16 Y EL BULLETIN 80 Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 27. 27 ACI 562-16 Bulletin 80 I. Marco de aplicación relevamiento Inspección de la reparación • Requerimiento mínimos estructurales y de seguridad • Pautas • Normas • Recomendaciones Modelo de decisión Estructura Reparación ACI 562-16 es un código independiente, y no requiere de reglamentos específicos. EUROCÓDIGO EN 1990:2002 II. Alcance • Elementos estructurales comunes. • No deben presentar condiciones de deterioro severos • Todo tipo de elementos estructurales. • Con/sin deterioro. Métodos de análisis estadísticos Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 28. 28 ACI 562-16 Bulletin 80 III. Determinación de la resistencia in situ Hormigón Acero Hormigón y acero Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 29. 29 ACI 562-16 Bulletin 80 a. Índices de confiabilidad Índice de confiabilidad objetivo del ACI 318 • Periodo de referencia. • Costos de reparación. • Información estadística de los materiales y las cargas. Tr = 50 años Acorde al proyecto b. Solicitaciones Depende de la Cat. De rehabilitación. Determinación de las cargas. Define los parámetros de los efectos de las cargas. Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 30. 30 ACI 562-16 Bulletin 80 c. Resistencia d. Coeficientes de minoración de resistencia Incertidumbre de las resistencia de los materiales Incertidumbre de la resistencia de los materiales Mejor aprovechamiento de la resistencia del material Las 3 fuentes de incertidumbre e. Coeficientes de mayoración de cargas Incertidumbre de las resistencia de los materiales Incertidumbre de la modelación de la resistencia Incertidumbre de las cargas Incertidumbre de la modelación de las cargas y del efecto de las cargas Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 31. 31 EJERCICIO PRÁCTICO Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 32. 32 Sin signos de deterioro severo Uso estructural correcto Condición de deterioro sin aumento de capacidad ACI 562-16 Bulletin 80 Verifica Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 33. 33 CONCLUSIONES Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 34. 34  El alcance del ACI 562-16 es mayor que el Bulletin 80  La determinación de la resistencia in situ del ACI 562-16 tiene mayor precisión que el Bulletin 80  Es recomendable aplicar el ACI 562-16 en proyectos donde se cuenta únicamente con la resistencia de los materiales  El ACI 562-16 presenta mayor versatilidad que el Bulletin 80 Conclusiones extraídas de la comparación Reglamento para el análisis de las estructuras existentes Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020
  • 35. 35 MUCHAS GRACIAS!! Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires Análisis de confiabilidad de estructuras de hormigón armado existentes Jeri lozano, Jorge Luis – Octubre 2020