TÓPICO 2 (Rehabilitación y refuerzos de estructuras) RECUPERACIÓN OFICINAS BODEGA VIÑA FUNDACIÓN DE MENDOZA UN CASO DE ESTUDIO.

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1 TÓPICO 2 (Rehabilitación y refuerzos de estructuras) RECUPERACIÓN OFICINAS BODEGA VIÑA FUNDACIÓN DE MENDOZA UN CASO DE ESTUDIO. Marcelo Giaroli 1,a, Carlos Moruno 2,b 1 Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Mendoza, Coronel Rodríguez 273 Ciudad Mendoza Argentina (CP 5500), (0261) Camps & Asoc. Marie Curie y Copiapó, Santa Ana Guaymallén Mendoza Argentina (CP 5521), (0261) a mgiaroli@westnet.com.ar, b carlosmoruno@yahoo.com.ar Palabras-clave: Patologías, Diseño y Refuerzos Estructurales - Peligrosidad Sísmica. Resumen La existencia de estructuras diseñadas bajo códigos antiguos en la provincia de Mendoza constituye una problemática que no se puede desestimar debido a la peligrosidad que ello implica. Toda la provincia se encuentra ubicada en una región de elevado nivel de peligro sísmico. En Mendoza se han producidos eventos con intensidades sísmicas iguales o superiores a VI M.M. en al menos once ocasiones en los últimos 200 años. El caso de estudio corresponde a un edificio bajo existente destinado al uso de oficinas administrativas de una bodega, esta estructura ha sufrido importantes asentamientos en los últimos años, que han derivado en daños estructurales visibles. Se encuentran ubicadas en el departamento de Santa Rosa, Mendoza. Las oficinas fueron construidas a mediados de la década de los 70 y dada la necesidad de su refuncionalización, se encomendó el estudio para determinar las causas de estos asentamientos, las condiciones de seguridad estructural del edificio y las posibles soluciones de restauración. El estudio permitió establecer la necesidad de plantear un sistema de refuerzo estructural debido al estado de fisuración de los muros de mampostería presentes y la verificación de la capacidad de los encadenamientos Se tuvo en cuenta el capítulo 8 del Código de Construcciones Sismorresistentes para la Provincia de Mendoza de 1987 [1], donde se establecen las pautas a seguir sobre las construcciones existentes que son motivo de reformas.

2 Introducción El trabajo de recuperación de un edificio que ya lleva 40 años de vida resultó un interesante desafío. El edificio en estudio fue construido al mismo tiempo de la entrada en vigencia del primer Código de Construcciones Antisísmicas para la Provincia de Mendoza del año 1970 (Gobierno de Mendoza, 1970, [1]), lo cual implicó la necesidad de evaluar el grado de vulnerabilidad al que se encontraría expuesto actualmente frente a una eventual demanda sísmica. De esta evaluación surgieron las medidas correctivas necesarias a los efectos de conseguir los niveles de seguridad adecuados al código en vigencia. El código actualmente vigente es el Código de Construcciones Sismo Resistentes para la Provincia de Mendoza del año 1987 (Consejo Profesional de Ingenieros et al., 1994, [2]). Este, indica en su capítulo 8 los requerimientos mínimos a cumplir en lo concerniente a las construcciones existentes sobre las cuales se pretende ampliar, reformar y/o refuncionalizar. Metodología De Trabajo En primer lugar se procedió a la búsqueda y recopilación de toda información que pudiere establecer fecha de construcción, calidad y tipo de materiales empleados, detalles de los elementos estructurales principales, etc. Posteriormente se llevó a cabo un relevamiento de la construcción, verificando principalmente las dimensiones, estado de conservación, tipo y calidad de materiales existente y patologías evidentes a simple vista. El relevamiento se apoyo en sondeos ejecutados puntualmente sobre elementos relevantes. Por último se procedió a la evaluación de las condiciones actuales de la construcción y de la necesidad de medidas correctivas. La evaluación de la estructura se realizó en base a la documentación disponible, que consiste en los planos de cálculo originales del edificio, realizando una verificación de los estados de carga actuantes en la estructura y la transmisión real de solicitaciones al terreno entre otras. Descripción Del Edificio El edificio se encuentra desarrollado íntegramente en Planta Baja, de dimensiones 25.35m x 22.20m medidas en planta, con una altura total de aproximadamente 3.50m. Los cerramientos exteriores e interiores están constituidos por muros mampostería de ladrillo cerámico macizo (ladrillón) de espesores 0.28m y 0.18m. La cubierta está constituida por losas planas con sistema de bovedilla cerámica hormigonada in situ de 0.18m y 0.22m de espesor. En lo que respecta al sistema sismorresistente, el mismo consiste en muros de mampostería encadenados en ambas direcciones del edificio con la disposición de un diafragma rígido franco (losas). La construcción se encontraba fundada por medio de bases asiladas a una cota de fundación de -1.10m aprox. y cimientos de hormigón ciclópeo bajo muros.

3 Figura 1: Planta del Edificio Resultados Del Relevamiento La evaluación in situ de la estructura mostró claramente la ocurrencia de importantes asentamientos (promedio de 5 cm) en las estructuras encargadas de transmitir las cargas al terreno (muros y columnas). Estos desplazamientos en su gran mayoría eran diferenciales (con notoria diferencia en la magnitud de los mismos) por lo que se produjeron daños importantes tanto a los elementos estructurales como no estructurales. En este sentido se puede apreciar que los muros se han asentado en forma diferencial a los contrapisos, dando como resultado la variación y desnivelación

4 de los techos respecto a los pisos, arrojando como consecuencia un visible daño en muy diversos elementos (armarios, carpinterías, marcos de puertas, revoques, etc). La fotografía N 1 muestra claramente esta situación en la que los muebles han comenzado a colapsar por el efecto de la compresión. Fotografía Nº1 La consecuencia más importante es la generación de daños estructurales en muros de mampostería (que en esta estructura son portantes y la principal fuente de resistencia sísmica) y en elementos de hormigón armado. En la foto N 2 se puede apreciar claramente una fisura vertical en el muro. Fotografía Nº2

5 En la foto N 3 se aprecian claramente fisuras verticales y diagonales en muros. Fotografía Nº3 En la fotografía Nº 4 puede verse un ejemplo del daño a elementos frágiles no estructurales tales como los revestimientos de los baños del establecimiento. Fotografía Nº4

6 Estos daños estructurales y no estructurales se aprecian en todo el edificio en mayor o menor grado, pero se puede concluir que el edificio ha sufrido un asentamiento generalizado. Dado que el edificio tiene una edad de casi 40 años y los asentamientos se han producido en un período relativamente corto de tiempo (se estima que la mayoría de los efectos se han hecho visibles en la última década) se puede establecer con cierta seguridad que se deben a una disminución progresiva de la capacidad portante del suelo. Los motivos de esta disminución pueden ser muy variados pero en este caso se estima que están relacionados con un aumento en el contenido de humedad del terreno debido principalmente a: - Pérdidas de cañerías de agua o desagües cloacales. - Pérdidas o filtraciones en los desagües pluviales. - Saturación del terreno por riego excesivo de jardines. Diagnóstico De La Obra Primitiva Del estudio realizado sobre los planos de cálculo se deduce que la mayoría de los elementos sismorresistentes (muros) han sufrido algún tipo de daños (fisuras), que disminuyen o resienten la capacidad resistente asignada en el diseño estructural. También han sufrido daños de consideración los elementos estructurales de hormigón armado con características de baja ductilidad (vigas cortas, vigas dintel), pero no se han observado daños importantes en las columnas de carga, ni en las vigas de gran longitud, dado que tienen mayor capacidad para absorber deformaciones. El aspecto más importante a resaltar en este apartado es el relacionado con los parámetros de capacidad portante adoptados en el calculo original, que son del orden de 2 a 3 veces superiores a los valores reales aportados por el Estudio Geotécnico. Se presenta a continuación un resumen de los valores de capacidad portante suministrados por el estudio de suelos [3] y los valores de capacidad portante supuestos en el cálculo original: σ adm = 1.50 kg/cm² (1) Tensión adoptada originalmente como admisible. σ adm real = 0.45 kg/cm² (2) Tensión admisible según estudio de suelos. σ trab = 1.20 kg/cm² (3) Tensión de trabajo real calculada en las fundaciones. σ rotura = 1.57 kg/cm² (4) Tensión de rotura según estudio de suelos Se aprecia claramente que las premisas adoptadas para el cálculo original de las fundaciones (valores 1 y 3) fueron poco conservadoras respecto de la capacidad portante de este tipo de suelos (valor 2). Esto trae como consecuencia que la estructura transfiere al suelo actualmente tensiones de trabajo muy próximas a las tensiones de rotura del suelo (valor 4). Desde el punto de vista de la seguridad global de la construcción se puede establecer que la estructura tiene un grado de confiabilidad BAJO a RIESGOSO.

7 Esto se debe a que existe actualmente un baja reserva de capacidad estructural, por la afectación que han sufrido los elementos encargados de resistir acciones y escaso margen del suelo para resistir eventuales incrementos de solicitaciones tales como los impuestos por un sismo. Por estas razones se hace evidente que los elementos considerados estructuralmente sismorresistentes dada su situación en ese momento no alcanzaban a ser suficientes para satisfacer la demanda impuesta por el terremoto de diseño establecido en el C.C.S.R. de Mza. 87 [2] actualmente en vigencia. La seguridad actual de la obra primitiva, según el capítulo 8 del CCSR/87, se estima como S2 es decir seguridad baja. Se debe evaluar entonces a partir de las dimensiones de losas, vigas y columnas, como así también de las sección y calidad del acero, y resistencia del hormigón utilizado, la necesidad de tomar medidas tendientes a la recuperación estructural de muros y estructuras de hormigón armado, además de proceder al refuerzo y/o recalce adecuado de las fundaciones, para evitar la continuidad de los asentamientos. En la fotografía Nº 5 puede verse la fachadas Oeste y Sur del edificio, mientras que en la fotografía Nº 6 se observa un acercamiento a la fachada Este. Fotografía Nº5

8 Fotografía Nº6 Programa De Refuerzo De Fundaciones Se propone en este apartado los procedimientos relativos a los trabajos de recalce de fundaciones. Se considera oportuno aclarar que en este caso existían dos alternativas de restauración edilicia. La primera, consistía en la restauración de la estructura a su estado original, recuperando inclusive los asentamientos producidos. No se consideró esta opción la más adecuada por considerarse costosa y técnicamente compleja. La segunda alternativa, más realista, consistía la reparación de la estructura que ha sufrido daños y el recalce de las fundaciones para que no prosigan los asentamientos descriptos. La secuencia constructiva fue la siguiente: a) Demolición de contrapisos existentes y veredines perimetrales. b) Apuntalamiento de la estructura c) Recalce De fundaciones. Este último punto consistió en realizar recalces aislados de los cimientos corridos y de las bases aisladas, de forma tal de asegurar la estabilización de los asentamientos que se estaban produciendo. Se realizaron pozos ubicados estratégicamente, fundados sobre la cota m respecto al nivel de piso interior, para conseguir mayor capacidad portante y colaboración de la fricción lateral del suelo.

9 Figura 1: Esquema de Recalces En la fotografía Nº 7 se puede apreciar el grado de humedad del suelo durante una excavación para el recalce de un cimiento. Fotografía Nº7 En la fig. 2 se puede apreciar la planta del edificio con distribución de los recalces efectuados. Todos los recalces fueron ejecutados en dos etapas y alternando las posiciones de trabajo para cada muro. En la fig. 3 se representan esquemáticamente las dimensiones de cada elemento de recalce.

10 Figura 2: Disposición general de recalces

11 Figura 3: Dimensiones de recalces

12 Evaluación Del Efecto Sísmico (según C.C.S.R. Mza. 87) [2] El efecto sísmico se evaluó a través de un análisis lineal estático, distribuyendo la acción horizontal en función de la rigidez de cada plano sismo resistente de acuerdo al criterio de análisis por tensiones, considerando elásticas las secciones. Luego se verificó la estructura mediante un modelo tridimensional para determinar la capacidad última y verificar los niveles de deformación a los que estará sometida a) Masa sísmica W = ton. b) Solicitaciones sísmicas (Método estático) Coeficiente Sísmico Zonal Co = 0.15 Zona de riesgo sísmico intermedio (Santa Rosa) Coeficiente de Destino γd = 1.00 (Grupo B) Coeficiente de Vinculación γvi = 1.00 (Estructura con buena vinculación interna) Coeficiente de Ductilidad γdu = 1.30 (Estructura con baja ductilidad) Influencia del Terreno Smax = 1.20 (Terreno tipo 3: terrenos blandos) Coeficiente sísmico resultante C = Corte Basal FX = FY = C * W = 86.0 ton (1) 7. Encuadre dentro del Capítulo 8 del CCSR/87 El capitulo 8 del Código vigente en la provincia de Mendoza, relativo a las modificaciones o reparaciones de obras existentes, admite algunas excepciones a las exigencias del resto del código, disminuyendo estas tolerancias a mediada que aumenta la importancia de la obra actual y el riesgo de la obra subsistente. Sin embargo exige que la obra nueva tenga como mínimo la misma seguridad que la obra primitiva y todo elemento reparado debe alcanzar como mínimo la seguridad original. En nuestro caso no existe obra actual como tal, entendiendo como obra toda adición a la superficie cubierta utilizable del local, la obra en si se trata de la adecuación del edificio utilizando la obra existente y adicionando solo los elementos estructurales necesarios para satisfacer los requerimientos de resistencia. - De acuerdo a su importancia se clasifica la obra como I2: obra de mediana importancia. (8.4.1) - De acuerdo a la calidad sismorresistente de la obra primitiva, se la puede clasificar como C3: obras de baja calida (8.4.2.) - De acuerdo a la capacidad sismorresistente del la obra primitiva, se la puede clasificar como S2: Seguridad Baja (8.4.3)

13 Para este encuadre, el código solo admite como excepción a sus exigencias la falta de encadenados en muros no portantes, la ausencia de encadenados en intersección de muros y permite considerar portante los muros que cumplan todos los requisitos pero que les falte hasta un encadenado de borde. Concluye el capítulo obligando a la reparación de cualquier daño existente y la restitución de la capacidad sismorresistente al 100% de los niveles exigidos por el código. Los esfuerzos sobre los elementos estructurales fueron obtenidos por medio de una distribución sísmica en planta, proporcional a la rigidez elástica de cada elemento y contrastados estos resultados con un modelo tridimensional. En este modelo los muros fueron simulados por medio de bielas de compresión. En ambos casos se verificó que en todos los elementos involucrados los esfuerzos y distorsiones de piso resultasen inferiores a los admisibles. Figura 4: Modelo estructural Reparación De Estructuras De Hormigón. Una vez realizadas todas las tareas antes expuestas se procedió a reforzar las estructuras de hormigón armado que han sufrido daños. Estos trabajos consistieron en la demolición total o parcial del hormigón fisurado y su reemplazo por grouting.

14 Es de destacar que no fueron muchas las estructuras de hormigón armado que sufrieron daños por lo que esta tarea fue de baja relevancia. Además se reforzó los elementos estructurales de comportamiento frágiles o con armados inapropiados con escaso confinamiento. El objetivo de ello fue mejorar en la medida de lo posible la ductilidad global de la estructura. En la fotografía Nº 8 y Nº 9 puede verse la adición de un nuevo tabique en la estructura para mitigar el efecto de columna corta en los elementos resistentes del salón principal ofreciendo adecuado confinamiento a estas secciones. Fotografía Nº 8 Fotografía Nº 9

15 Reparación De Muros Fisurados Para la reparación de los muros de mampostería que han sufrido daños (fisuras) se procedió a la apertura, limpieza y sellado de las fisuras por inyección de lechada cementicia con aditivo no retráctil. Luego se reforzó los muros reparados adosando en una de las caras una malla electrosoldada Ø6 c/ 15x15 cm fijada mediante anclaje químico a los encadenados de borde verticales y horizontales. Esta malla se fijó además mediante insertos con anclajes químicos a la mampostería a intervalos regulares y luego fue revocada con mortero cementicio para restaurar el monolitismo de las secciones. Se verificó que la resistencia de dichos refuerzos igualara o sobrepasara la resistencia a cortante de los muros originales. Figura 5: Esquema de Reparación de Muros Si se toma como ejemplo representativo un muro aislado de la estructura de Lw = 3.20 m y espesor t = 0.17 m, los esfuerzos que le corresponden a este muro de acuerdo con la distribución sísmica son: Mu = tm Vu = 8.70 t Del análisis del muro reforzado surge el siguiente comportamiento seccional:

16 Figura 6: Diagrama de Momento - Curvatura Este análisis seccional corresponde a un muro reforzado con una malla electrosoldada # ø6 c/ 15x15 cm con una carga axial de compresión debida a cargas verticales de 6.0 ton. Según puede observarse en el gráfico es esperable que el muro pueda desarrollar una ductilidad de rotación de: µø = Øu / Øy = 3.22 (2) De acuerdo a Paulay, T. y Priestely, M [4], para un muro en voladizo empotrado en la base puede estimarse que la ductilidad de desplazamiento asociada a dicha ductilidad de rotación será: µ = / (2 Ar) (µø-1) (1-1/(4 Ar)) = 4.16 (3) donde: µø : Ductilidad de curvatura. Ar: Relación de aspecto (hw / Lw). Este valor de ductilidad de desplazamiento resulta algo mayor que la implícita por el código de la provincia para edificios de mampostería. Resulta importante verificar esta ductilidad para poder justificar la reducción de acciones sísmicas por incursión de la estructura dentro del rango inelástico. La capacidad a esfuerzo cortante de la mampostería reforzada de acuerdo con Paulay, T. y Priestely, M [4] resulta: Vi = Vm + Vs (4) Donde: Vm = v m b w d: Contribución de la mampostería en la resistencia al corte.

17 Vs = A sh f y d / s h Contribución de la armadura horizontal en la resistencia al corte. La resistencia al corte de la mampostería en zona de rótula plástica podría estimarse como: v m = 0.05 (f m) 1/ (Pu / Ag) = 0.93 kg/cm² => Vm = 5.06 t (5) Vs = 27.9 t Por lo tanto Vi = t Este valor de cortante resulta superior al asignado al muro por la distribución sísmica y al cortante necesario para que se produzca la rótula plástica en el muro. Es importante destacar que la ductilidad local de los elementos de mampostería reforzados resultó ser muy sensible a la relación de compresión y a la cuantía del refuerzo longitudinal disminuyendo muy rápido para pequeño aumentos de estos valores. Es por ello que sin evaluar la reserva de ductilidad de desplazamiento no se puede asegurar que la estructura reforzada presente un comportamiento dúctil adecuado a los niveles de acciones sísmicas impuestos por el código vigente. Conclusiones En este trabajo se resumen las acciones realizadas para poner nuevamente en condiciones de funcionalidad una estructura, dañada por asentamiento de fundaciones, y diseñada con un código antiguo. Resulta importante destacar que es económicamente factible mediante refuerzos ejecutados en forma puntual alcanzar la capacidad sismorresistente exigida por el CCSR 87. Estos refuerzos fueron ejecutados con mano de obra local y con materiales tradicionales, por tanto el trabajo de obra no tuvo complicaciones en su ejecución. De este estudio se puede inferir que, en los casos donde resulta necesario ejecutar refuerzos en edificios con estructura de mampostería, se debería evaluar al menos en forma aproximada cual es la reserva de la ductilidad luego de ejecutados los refuerzos. Es importante asegurar o inferir que la estructura reforzada tenga un comportamiento dúctil adecuado, para ello no resulta suficiente la verificación de tensiones de corte por métodos elásticos si no que es necesaria la determinación de la capacidad y ductilidad última de la mampostería para compararla con la demanda, solo de esta manera se puodría cumplimentar las imposiciones del código vigente. Esto se puede lograr reforzando los elementos que tengan comportamiento frágil, logrando con ello mejorar la ductilidad global de la estructura. Se puede concluir que en los casos de construcciones de mampostería regulares tanto en planta como en elevación, con una adecuada densidad de muros portante, los resultados obtenidos por métodos de cálculo aproximados

18 en estado elástico resultan adecuados y confiables aunque demasiados conservadores.

19 Referencias [1] Gobierno de Mendoza (1970), Código de Construcciones Antisísmicas, Mendoza, Argentina. [2] Consejo Profesional de Ingenieros, Agrimensores y Geólogos de Mendoza (1994), Código de Construcciones Sismo Resistentes Para la Provincia de Mendoza del año 1987, Mendoza, Argentina. [3] Almécija, Cesar D. (2008) Informe Técnico Estudio de Suelos Edificio Administrativo Bodega Fundación Mendoza. [4] Paulay,T., Priestley, M.J.N., Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley & Sons. CIRSOC, Cuerpo Normativo - Reglamentos 101, 102, 104, 201, 301, 302. Nilson, A., Diseño de Estructuras de Concreto 11ma. Edición. Mc Graw Hill, México. Park, R., Paulay,T., Reinforced Concrete Structures. J. Wiley & Sons, Inc. USA.