Estos son los cuidados que se deben tener a la hora de reforzar estructuras de acero

Editorial Construir

En obras de acero tipo marco, con alturas superiores a los 15 niveles, el reforzamiento debe seleccionarse cuidadosamente para evitar un efecto contraproducente en la edificación.

Por: Ing. Ángel Navarro Mora, encargado de ensayos estructurales en el Centro de Investigaciones en Vivienda y Construcción (Civco) del Tecnológico de Costa Rica.

La necesidad de intervenir una estructura puede deberse a una gran variedad de factores. Algunas veces, puede ser por cambios en el uso de la edificación, a procesos de actualización normativa que modifiquen criterios de diseño importantes (por ejemplo, el nivel de demanda sísmica), a daños generados por el efecto de cargas accidentales y en ocasiones, puede estar relacionada con errores durante el proceso constructivo o el proceso de diseño.

Esta es la primera etapa para definir estrategias de reforzamiento, se realiza para determinar el comportamiento actual de la estructura y definir cuál tipo de intervención se necesita. Para esto, se debe realizar un levantamiento general de las características reales de la estructura, como las propiedades geométricas y las características físico-mecánicas de los materiales que componen el sistema estructural, pues deben ubicarse espacialmente los tipos de carga y otros factores que intervienen en el comportamiento global y local de la estructura (ductos, discontinuidades en el sistema de entrepiso, elementos arquitectónicos, etc.).

Posteriormente, se debe generar un modelo lineal de la estructura, para obtener las solicitaciones en los elementos y contrastarlas con la capacidad disponible en cada uno de ellos, para posteriormente establecer qué nivel y zonas de la estructura se deben intervenir, cuál o cuáles estrategias de intervención deben adoptarse y definir si pueden ser de manera localizada o deben realizarse de forma general en la estructura.

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Es importante estudiar las conexiones, el tipo y calidad de los pernos, soldaduras, rigidizadores y la capacidad para determinar la necesidad de readecuarlas a nuevas especificaciones (después del terremoto de Northridge, California en 1994, hubo una completa renovación de los métodos de diseño de conexiones (Engelhardt & Matthew, 2016)).

 Estrategias de reforzamiento

Existen tres niveles de intervención: la reparación, el reforzamiento y la reestructuración. El reforzamiento de una estructura se realiza para cumplir con dos objetivos primordiales: controlar los desplazamientos y controlar los esfuerzos en los elementos.

En el caso de las edificaciones de acero tipo marco, con alturas superiores a los 15 niveles, sus periodos fundamentales podrían alcanzar hasta los dos segundos; esto implica que la estrategia de reforzamiento debe seleccionarse cuidadosamente, para evitar un efecto contraproducente en la edificación, por ejemplo, al introducir mayor rigidez lateral, se pueden reducir los desplazamientos y estabilizar la estructura ante sismos de poca magnitud; sin embargo, ante sismos fuertes o extremos, la estructura podría responder de forma agresiva, tomando cargas sísmicas más elevadas y perjudiciales para el sistema estructural.

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Para reforzar estructuras tipo marco de acero, puede utilizarse alguna -o la combinación de algunas- de las siguientes estrategias. En primer lugar está el arriostramiento diagonal con acero, que es una estrategia pasiva que permite controlar los desplazamientos laterales.

Es típico que en América Latina este reforzamiento se haga de manera tal que las riostras se conectan a los nudos; sin embargo, se recomienda generar un marco perimetral adicional, de manera que las fuerzas se repartan a través de los elementos, no se concentren en los nudos y se facilite la conexión de las riostras.

En el caso del reforzamiento con placas y/o perfiles metálicos, estos se caracterizan porque permiten controlar los esfuerzos en los elementos, aumentando la capacidad de soportar las solicitaciones y el reforzamiento con fibras de carbono, en este tipo se puede hacer uso de fibras o pletinas de carbono. La ventaja que tiene el uso de estos elementos es que aportan poco peso adicional a la estructura, debido a que su densidad es una cuarta parte la del acero, mientras que, alcanza hasta ocho veces su resistencia, permitiendo el uso de elementos con espesores muy pequeños.

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En esta se encuentran los dispositivos tecnológicos que generan cambios en la respuesta estructural aportando amortiguamiento, disipación de energía y/o aislamiento.

De las técnicas o estrategias mencionadas anteriormente, algunas aumentan la resistencia y rigidez de la estructura (arriostramiento), otras se basan en brindarle mayor ductilidad y capacidad local a los elementos (refuerzo con placas y/o perfiles de acero, refuerzo con fibras de carbono), mientras que otras modifican la respuesta de la estructura (dispositivos tecnológicos).

Es ideal buscar un equilibrio, de manera que se controlen los desplazamientos, se le dé a la estructura la capacidad intrínseca de deformarse inelásticamente, soportando las solicitaciones a las cuales será sometida, esto implica que en ocasiones es necesario combinar técnicas para dotar a la estructura de un buen comportamiento estructural.

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Debe tomarse en cuenta la vulnerabilidad de las estructuras de acero ante el fuego, debido a que cuando el acero alcanza temperaturas de unos 650°C, puede perder más de un 50% de su resistencia

Se debe aplicar protección a los elementos, algunas estrategias para esto pueden ser las pinturas intumescentes, pues estas pinturas no modifican las dimensiones ni la geometría de los elementos; sin embargo, la protección únicamente es eficaz durante 50 minutos, por lo que para edificios altos, no es recomendable.

También se pueden usar los morteros ignífugos, que se proyectan sobre los elementos, se componen por ligantes hidráulicos, áridos ligeros del tipo vermiculita o lana mineral y aditivos especiales. Permiten estabilizar la estructura por un periodo de al menos cuatro horas; sin embargo, es el espesor del mortero que se diseña de acuerdo con el tiempo de estabilidad que se requiera.

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La protección de las placas rígidas es otro mecanismo utilizado, pues se basa en paneles de silicato cálcico; son livianos y fáciles de manejar. El espesor y la cantidad de capas de los paneles determinan el tiempo de estabilidad. Sin embargo, el tiempo máximo de protección comprobado se encuentra alrededor de las tres horas de exposición al fuego.

Referencias

Engelhardt, M., & Matthew, M. (Noviembre de 2016). What´s new with prequalified connections. Modern Steel Construction. Obtenido de https://www.aisc.org/globalassets/modern-steel/archives/2016/11/steelwise.pdf

 

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