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Reforzamiento estructural:
lo que dice la norma Por Ing. Carlos Augusto Ortiz Meza
La NSR-10 establece los requerimientos mínimos que las edificaciones existentes deben cumplir para conservar su función y garantizar la seguridad de sus usuarios. Conozca las tres etapas para diseñar y llevar a cabo un reforzamiento estructural.
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na edificación, independientemente del sistema estructural elegido para su construcción, de los materiales que la componen y de su uso o función, debe cumplir con dos estados límites: resistencia y servicio. El primero de ellos corresponde a la capacidad de carga de los componentes estructurales, de los que dependen directamente las condiciones de seguridad; el segundo hace referencia a la funcionalidad o al uso normal de la edificación. Estos límites, así como otras consideraciones de obligatorio cumplimiento para el caso
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colombiano, están contenidos en la NSR-10. A continuación se resumen desde el punto de vista estructural y en virtud del Título A.10 –que presenta una guía para la evaluación e intervención de edificaciones existentes– los requisitos para cualquier reforzamiento estructural de construcciones en acero.
Así se hace un reforzamiento estructural Este proceso se aplica sobre edificaciones existentes que sufren cambios de uso, modificaciones que exigen una intervención estructural, daños causados por un sismo, o por necesidades del propietario.
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El procedimiento contempla el desarrollo de las siguientes etapas, en las cuales se define el tipo de intervención que debe realizarse: 1. Información preliminar 2. Evaluación de la estructura existente 3. Intervención del sistema estructural Figura 1. Modelo estructural que idealiza el comportamiento de la edificación
Figura 2. Estructura sin reforzar
1. Información preliminar Aquí se elabora un concepto previo como resultado de los datos suministrados por los planos de diseño arquitectónico, estructural, constructivos, además de las memorias de cálculo, estudios de suelos y bitácoras de obra. Al analizarlos se conoce la calidad tanto del diseño como de la construcción y, en general, el estado de la edificación. Posteriormente, se hace un levantamiento arquitectónico y estructural, y un estudio geotécnico, todo con la intención de confirmar la información recolectada en la actividad anterior. Durante este proceso se identifican las propiedades físicas de la edificación al igual que la distribución, los usos de los espacios, y la localización y las dimensiones de los elementos estructurales, sistemas de cimentación, resistencia sísmica, entrepisos y cubierta.
Figura 3. Tipos de arriostramiento: concéntrico y excéntrico
En esta instancia es fundamental conocer las propiedades mecánicas de los materiales existentes, de allí que sea necesario extraer una muestra de cada elemento y poner a prueba su resistencia en laboratorio. Reconocer problemas como deflexiones excesivas y fallas locales también hace parte del trabajo realizado en esta fase de evaluación cualitativa del diseño y la construcción del edificio.
2. Evaluación de la estructura existente
Figura 4. Estructura con diagonales. Reforzamiento
Figura 5. Efectos torsionales
Con la información preliminar obtenida deben analizarse la estructura y la cimentación. Los resultados deben coincidir con el Título B de la norma en cuanto a cargas aplicadas se refiere. Las sísmicas, por su lado, deben considerar las especificaciones incluidas en el Capítulo A.10.3 sobre los Movimientos Sísmicos de Diseño con Seguridad Limitada. En algunos casos estos requerimientos pueden resultar relativamente menores a los exigidos para edificaciones nuevas, ya que se definen con un 20 % de probabilidad de ser excedidos en un lapso de 50 años. Esta condición puede beneficiar a las edifi-
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Los datos que resultan del análisis estructural de la edificación existente deben coincidir con los consignados en el Título B: Cargas, de la NSR-10.
caciones catalogadas como patrimonio histórico, comúnmente bajo los requisitos de resistencia y servicio por su configuración y materialidad constructiva. Finalmente, tras realizar el análisis estructural se procede a determinar los índices de flexibilidad y esfuerzos, previos a la construcción del diseño de reforzamiento.
razón: la zona donde se instala la riostra se rigidiza más en comparación con aquella que no tiene la barra, lo que hace que la edificación “gire” en torno a su propio eje vertical (ver Figura 5). Es decir, la deformación lateral de una esquina del edificio es superlativamente mayor respecto a la adyacente para una dirección de carga.
3. Intervención del sistema estructural
Entonces, la distribución de los arriostramientos debe ser simétrica y estos deben aproximar el centro de rigidez al centro de masa. Esta condición permite disminuir el índice de flexibilidad, los efectos torsionales y los sobreesfuerzos en columnas. Además, este sistema resulta eficiente en cuanto a actividades complementarias se refiere, pues estas se reducen. Los muros estructurales de acero también se consideran como una alternativa adecuada (Capítulo F 3.6.5).
En la tercera etapa se decide, con base en los resultados obtenidos del análisis estructural, cuáles serán las acciones orientadas a reforzar estructuralmente la edificación. Aquí pueden presentarse varios escenarios: a. Si el índice de flexibilidad no satisface los requisitos, es necesario rigidizar la edificación a través de barras diagonales o arriostramientos (ver Figura 2). De estos existen varios tipos: concéntricos y excéntricos. Los primeros son más rígidos, pero los segundos permiten una mejor circulación o aprovechamiento del vano (ver Figura 3). Las riostras no deben ubicarse de manera arbitraria. Si no tienen una lógica estructural, el edificio puede sufrir efectos torsionales, tal y como lo muestra la Figura 5. La
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b. Si los índices de sobreesfuerzo en vigas y columnas, por ejemplo, son mayores a los máximos permitidos, se recomienda alguna de estas dos alternativas: • Si las vigas adolecen de capacidad a la flexión, se podrían incluir platabandas en los patines superiores e inferiores, las cuales aumentan el módulo de sección y
el módulo plástico. Es importante aclarar que esta opción no soluciona los aspectos de deformación, sino únicamente los de resistencia a la flexión. • Si la deficiencia es por cortante, es necesario ubicar de manera estratégica atiesadores o rigidizadores, para así disminuir los efectos de pandeo local de los elementos. c. Si se presentan problemas de vibraciones en vigas, es recomendable utilizar tensores horizontales y diagonales. Esto aumenta el momento de inercia del sistema. d. Si se presenta riesgo de punzonamiento en las inmediaciones de la columna que interactúa con la placa maciza o reticular por ausencia de vigas, se podría usar un entramado de vigas metálicas que entrelazan las columnas con el fin de canalizar esas cargas, ya no a cortante, sino por medio de la flexión de las vigas en esa zona.
Ingeniero Carlos Augusto Ortiz Meza Ingeniero civil de la Universidad de Cartagena y especialista en Estructuras de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. Profesor Universitario en el área de estructuras.
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