Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión)

Transcripción

1 5 de mayo de 2011

2 Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión) Mejora de las capacidad existente de la estructura: recrecido en capa de compresión -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo -Buena solución para incrementos de carga en forjados -Posibles problemas a rasante -Posibles problemas por alturas libres

3 Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión) Mejora de las capacidad existente de la estructura: recrecido en nervios entre pilares -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo -Buena solución para incrementos de carga en forjados -Posibles problemas por alturas libres

4 Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión) Sustitución total/parcial de la estructura existente: Perfilería -Gran capacidad de refuerzo (apeo total o parcial) -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo de ejecución - El éxito del refuerzo depende en gran medida de la puesta en obra -Necesidad de protección contra la corrosión -Posibles problemas por alturas libres

5 Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión) Mejora de las capacidad existente de la estructura: Adhesión de chapas -Capacidad de refuerzo limitada por la deformación máxima -Cierta necesidad de medios auxiliares -Necesidad de protección contra la corrosión

6 Refuerzo de forjados/vigas (patología de flexión, cortante ELS ) Mejora de las capacidad existente de la estructura: Pretensado -Gran capacidad de refuerzo -Cierta necesidad de medios auxiliares -Necesidad de protección contra la corrosión -Necesidad de protección contra agentes externos

7 Refuerzo de pilares (patología a flexión o compresión) Mejora de las capacidad existente del hormigón: zunchado -Cierta necesidad de medios auxiliares -Tiempo -El éxito del refuerzo depende en gran medida de la puesta en obra -Importancia fundamental de un revestimiento óptimo contra la corrosión

8 Refuerzo de pilares (patología a flexión o compresión) Mejora y transferencia: encamisado con hormigón o recrecido -Es uno de los pocos métodos recomendables para patologías severas (se apea el pilar existente) -Se puede usar mano de obra poco especializada -Gran cantidad de tiempo y métodos auxiliares -Necesidad de actuar en plantas contiguas para encauzar y compatibilizar tensiones (taladros pasantes en armadura de piel)

9 Materiales

10 Materiales compuestos: Materiales bifásicos (fibra + matriz) Elemento fibroso (rigidez y resistencia) Matriz: resina (configuración geométrica; flexible y poco resistente) Fibras: carbono, vidrio, boro, aramida, metal, cerámica Matrices: orgánicas, minerales, metálicas, cerámicas

11 Fibras de Carbono: De alto módulo y alta resistencia, Excepcional resistencia química Insensible a la corrosión. Óptima resistencia a fatiga. Elevada resistencia a cargas cíclicas. Gran ligereza: peso específico aprox. 18 kn/m³ vs 78 kn/m³ del acero. Buen comportamiento bajo fluencia. Muy bajo coeficiente de dilatación. Elevada rigidez.

12 Fibras orgánicas (Aramida - KEVLAR): Fibras de poliamida aromática. Obtención por extrusión y trefilación Elevada resistencia, tenacidad y capacidad de deformación. Complicada separación y corte. Resistente a la corrosión. No conductiva. Incremento de resistencia a impacto y explosiones. Refuerzos en zonas sensibles a las corrientes eléctricas.

13 Fibras orgánicas (Aramida - KEVLAR): 35 kg TNT No reforzado con aramida Reforzado con aramida

14 Función de las resinas: Fijan en FRP a la estructura. Mantienen la posición relativa de las fibras. Garantizan la adecuada transferencia de los esfuerzos entre hebras, haciendo que la armadura trabaje como un todo. Protegen las fibras de agresiones ambientales. Protegen las fibras de la abrasión.

15 barras laminados Hojas

16 HOJA DE FIBRA 20-30% de fibras por sección. Módulo E resultante según aplicación. LAMINADO PREFORMADO 70% de fibras por sección Módulo E asegurado mediante proceso industrial. Para refuerzo a: Flexión (bajos incrementos) Confinamiento Cortante Para refuerzo a: Flexión Cortante (cut in)

17 MBrace LAMINATE 170/3100 MBrace LAMINATE 210/3300 MBrace LAMINATE 165/ /2.5 (Sístema CUT-IN )

18 MBrace Hoja de Fibra de Carbono (CF 130 CF 140) MBrace Hoja de Fibra de Aramida KEVLAR (AR 295/30 AR 440/30)

19 MBrace MBar 165/2500

20 Pilares Losas Vigas Chimeneas

21 Muros Tuberías Tanques

22 Ventajas

23 Rápida y fácil ejecución del refuerzo. Ahorro en costos. Mínimos tiempos de parada.

24 Ligereza. Carga muerta adicional mínima. NO hay que reforzar el refuerzo.

25 Facilidad de manipulación. Adaptación a soportes curvos.

26 Ligereza. Sin costes de apuntalamiento.

27 Alta durabilidad: Sin riesgo de oxidación Bajo (o nulo) mantenimiento.

28 Alta durabilidad: A temperatura ambiente, las fibras de carbono sin impregnación de resinas son inertes a la humedad, productos químicos presentes en la atmósfera, disolventes, bases y ácidos débiles. Sólo en presencia de agentes oxidantes, y Tª > 350ºC, pueden degradarse.

29 Calidad en obra: Aplicación llevada a cabo por empresas especializadas.

30 Comportamiento frente al fuego: Refuerzos sin protección: En caso de fuego el refuerzo se pierde con rapidez. Las fibras de carbono aguantan temperaturas altas, pero la resina empieza a degradarse a partir de los ºC. La resistencia del elemento debe evaluarse sin considerar el refuerzo. Debe verificarse que en caso de fallo completo del refuerzo existe equilibrio entre nuevas cargas de uso sin mayorar y sección antes de refuerzo sin minorar (FS>=1.0). Refuerzos con protección: Si el refuerzo con el Sistema MBrace requiere protección contra el fuego, está puede realizarse con materiales resistentes al fuego (morteros). Dicha protección debe evitar que la temperatura en el refuerzo supere la Tg (temperatura en la que polímero deja de ser rígido y comienza a ser ahulado o blando). Código Técnico UNE EN

31 Orientación unidireccional y anisótropa: Sólo funciona en una dirección. NO permite anclajes pasantes (Desgarro).

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33 Humedad máxima residual: 4%. Temperatura mínima: +5ºC. Regularidad. Rugosidad. Resistencia a tracción: mínimo 1,5 N/mm 2

34 Reparar cualquier anomalía en el hormigón. Eliminar oxidación de armaduras y reparar hormigón. Inyectar grietas > 0,25 mm. Las fisuras con movimiento pueden causar delaminación. Reparar superficialmente fisuras de inferior anchura para evitar penetración de agentes agresivos.

35 Redondear las aristas (r min 10 mm)

36 Eliminar restos de: Polvo Grasas y aceites Pinturas anteriores

37 Efecto Efecto Puente de puente del FRP del FRP sobre sobre un saliente un saliente trabajando trabajando a tracción a tracción. FRP Fuerzas de presión FRP Mal Mal comportamiento a tensión a tensión del del FRP FRP en una en una oquedad oquedad

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39 Hoja de fibra MBrace SATURANT Laminado MBrace LAMINATE ADHESIVE HT

40 Imprimación: Para todas las aplicaciones MBrace PRIMER

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42 HORMIGÓN 0 min 90 min 90 min MBrace PRIMER MBrace LAMINATE ADHESIVE HT MBrace LAMINATE ADHESIVE HT 90 min MBrace LAMINATE

43 Medir y cortar el laminado a la longitud necesaria.

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45 Preparación del laminado

46 Preparación del soporte

47 Aplicar sobre el Laminado. Aplicar sobre el soporte imprimado. Espesor máximo: 3 mm

48 No recomendado Recomendado

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50 Debe facilitarse la salida de aire. El adhesivo tiene una viscosidad elevada.

51 Presionar hasta ver rebosar el adhesivo.

52 Aplicación del laminado

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54 HORMIGÓN 0 min 30 min 30 min 60 min MBrace PRIMER MBrace SATURANT MBrace FIBRE MBrace SATURANT 90 min Acabado

55 Preparación del soporte

56 Manual (Dry Lay-up): Directamente sobre la superficie del elemento a reforzar. Sobre una mesa de trabajo. Para hojas de gramajes hasta 400 g/m 2.

57 Mezclar mecánicamente CI + CII. Aplicar con rodillo de pelo corto. No añadir cargas ni disolventes.

58 Aplicar MBrace SATURANT desde el centro hacia los extremos. Solapes de 10 cm como mínimo en la dirección de las fibras.

59 Pasar rodillo en la dirección de las fibras. Empujar el aire hacia fuera.

60 Aplicación de la Hoja de Fibra

61 Aplicación de la Hoja de fibra

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63 Puede ser la capa final. Puede impregnarse una nueva hoja en caso necesario.

64 En la dirección de la fibra: Mínimo 10 cm En perpendicular a la fibra: No se precisan > 10 cm

65 Flexión + Cortante a 90º Flexión + Cortante a 0º y a 90º

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68 Redondear las aristas. No se requiere solape horizontal. Solapes verticales: mínimo 10 cm Caras alternadas

69 NO NO Rellenar desigualdades superiores a 2 mm SI

70 La superposición de capas se recomienda con Hojas de fibra. Con Laminados debe tenerse cuidado El cálculo determinará la longitud de cada capa

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72 Aspiración simultánea de polvo. Espesor: aprox. 3 mm. Profundidad: aprox. 2 cm.

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74 MBrace LAMINATE ADHESIVE HT Consumo aproximado: Roza de 4 x 20 mm: aprox. 120 g/m Opcional: MASTERFLOW 920SF

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76 Observar el rebose homogéneo!!

77 Aplicación de la Barra de fibra

78 Aplicación de la Barra de fibra

79 Aplicación de la Barra de fibra

80 Ensayos Realizados

81 El sistema MBrace de BASF CC ha sido caracterizado y ensayado de forma estricta. Se han estudiado y determinado las propiedades de cada componente (imprimaciones, adhesivo, fibra), y a su vez, se han ensayado las propiedades y el comportamiento del sistema aplicado sobre elementos de hormigón. MBrace Primer, MBrace Fibre Saturant y MBrace Laminate Adhesive cumplen con los requisitos obligatorios de la UNE EN , y cuentan con el marcado CE. Dicha calificación los valida como adhesivos aptos para el refuerzo estructural: adherencia, rasante, durabilidad y aplicabilidad.

82 UNE-EN : Especificaciones para la adherencia estructural CEB-FIB Bulletin 14 Externally bonded FRP reinforcement for RC structures" : Characterization and quality control of the strengthening materials

83 Productos para: Adhesión estructural de hormigón con hormigón Adhesión de materiales de refuerzo a estructuras de hormigón Por ejemplo: Adherencia de pletinas de acero o refuerzos de fibra de carbono. Adherencia de hormigón endurecido a hormigón endurecido. Aplicación de hormigón fresco sobre hormigón endurecido (el hormigón adicionado ha de actuar conjuntamente).

84 Agente de unión estructural MBrace FIBRE SATURANT Ensayos UNE-EN : Modulo E en compresión según norma UNE-EN Arrancamiento según norma UNE-EN Resistencia al cizallamiento oblicuo según norma UNE EN Resistencia al cizallamiento según norma UNE EN Durabilidad tras ciclos térmicos según norma UNE EN Durabilidad tras ciclos húmedos según norma UNE EN Tiempo abierto según UNE EN Período de trabajabilidad según método interno. Temperatura de transición vítrea según UNE EN Coeficiente de dilatación térmica según EN Retracción lineal según EN Aplicación en horizontal según norma UNE EN Aplicación en vertical según norma UNE EN Modulo E en flexión según norma UNE ISO 178. Aptitud de aplicación y curado a altas temperaturas, según UNE EN

85 Agente de unión estructural MBrace FIBRE SATURANT

86 Agente de unión estructural MBrace FIBRE SATURANT Propiedades Físicas: Viscosidad según EN ISO Aplicación en horizontal según norma UNE EN Aplicación en vertical según norma UNE EN Retracción al curado según EN Vida útil según EN Tiempo abierto según EN Temperatura de transición vítrea según EN Resistencia a la humedad según EN Propiedades Mecánicas a Corto Plazo: Módulo E a flexión según ISO 178. Resistencia al cizallamiento según EN Arrancamiento según EN Resistencia a la compresión según EN Durabilidad tras ciclos térmicos y húmedos según norma UNE EN

87 Ensayos sobre el sistema de refuerzo MBrace FIBRE Propiedades mecánicas a corto plazo según norma EN 2561: Resistencia a la tracción, elongación última y Módulo de elasticidad. Aplicabilidad según punto 2 de CEB-FIB Bulletin 14 apartado Adherencia por tracción directa según EN 1542.

88 Agente de unión estructural MBrace LAMINATE ADHESIVE HT Ensayos UNE-EN : Modulo E en compresión según norma UNE-EN Arrancamiento según norma UNE-EN Resistencia al cizallamiento oblicuo según norma UNE EN Resistencia al cizallamiento según norma UNE EN Durabilidad tras ciclos térmicos según norma UNE EN Durabilidad tras ciclos húmedos según norma UNE EN Tiempo abierto según UNE EN Período de trabajabilidad según método interno. Temperatura de transición vítrea según UNE EN Coeficiente de dilatación térmica según EN Retracción lineal según EN Aplicación en horizontal según norma UNE EN Aplicación en vertical según norma UNE EN Modulo E en flexión según norma UNE ISO 178. Aptitud de aplicación y curado a altas temperaturas, según UNE EN Adhesión hormigón endurecido-hormigón endurecido según EN

89 Agente de unión estructural MBrace LAMINATE ADHESIVE

90 Agente de unión estructural MBrace LAMINATE ADHESIVE Propiedades Físicas: Viscosidad según EN ISO Aplicación en horizontal y vertical según norma UNE EN Retracción al curado según EN Vida útil según EN Tiempo abierto según EN Temperatura de transición vítrea según EN Resistencia a la humedad según EN Propiedades Mecánicas a Corto Plazo: Módulo E a flexión según ISO 178. Resistencia al cizallamiento según EN Arrancamiento según EN Resistencia a la compresión según EN Durabilidad tras ciclos térmicos y húmedos según norma UNE EN

91 Ensayos sobre el sistema de refuerzo MBrace LAMINATE Propiedades físicas: Coeficiente de expansión térmica según norma EN 1770 y Temperatura de transición vítrea. Propiedades mecánicas a corto plazo según norma EN 2561: Resistencia a la tracción, elongación última y Módulo de elasticidad. Aplicabilidad según punto 2 de CEB-FIB Bulletin 14 apartado Adherencia por tracción directa según EN 1542.

92 Ensayo a flexión. Ensayo a cortante. Ensayo a confinamiento. Ensayo a cortante por flexión - "Push- bending". Ensayo a doble cortante - "Pull-shear".

93 Procedimiento de Diseño

94 Cómo dimensionamos el refuerzo? EVALUAMOS COMO ESTÁ LA ESTRUCTURA (A QUÉ SE QUIERE REFORZAR) PREGUNTAMOS A QUE NIVEL DE REFUERZO SE QUIERE LLEGAR ANALIZAMOS LA VIABILIDAD DEL REFUERZO QUANTIFICAMOS LA NATURALEZA Y CANTIDAD DEL MISMO

95 CUANTO REFORZAMOS? 1) Se debe determinar mediante un cálculo Para el cual se necesitan una serie de datos 2) Tiene sus limitaciones, SE COMPORTA DE MANERA SIMILAR AL ACERO PERO NO ES ACERO Y NO SIEMPRE ES POSIBLE REFORZAR MEDIANTE MBRACE

96 Previo al cálculo de cualquier refuerzo adherido, deberá verificarse la estabilidad de la estructura sin refuerzo (FS 1). En caso de fallo completo del refuerzo debe existir equilibrio entre nuevas cargas de uso sin mayorar y la resistencia del elemento sin minorar resistencias es decir: que la estructura aguante por si misma en caso de perdida del refuerzo Normativas y guías de diseño vigentes : Norma Europea 1504 "Productos y sistemas para la protección y reparación de estructuras de hormigón Guías de diseño: Guía de diseño ACI 440.2R-02: Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures Guía de diseño CEB-FIB Externally bonded FRP Reinforcement for RC Structures (Féderation Internationale du Bèton-fib).

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98 CONSIDERACIONES El refuerzo a flexión, se realiza por medio de la adhesión longitudinal de FRP en paramentos traccionados. El refuerzo se plantea de modo pasivo (por simple adhesión) para secciones armadas y pretensadas. El análisis seccional se realiza de acuerdo a las metodologías habituales en hormigón armado: Comportamiento Tensión - Deformación del acero y hormigón. Verificando las condiciones estructurales del elemento una vez reforzado. Verificando las condiciones de adhesión entre la fibra de Carbono y el Hormigón Se plantea el equilibrio de las secciones, compatibilizando tensiones y deformaciones entre los materiales: hormigón, acero y Fibra de Carbono.

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100 La resistencia nominal al esfuerzo cortante de una sección de hormigón armado, según la norma ACI , es la suma de la resistencia al esfuerzo cortante del hormigón y la resistencia del refuerzo a cortante de acero. Para vigas reforzadas con fibra de carbono (MBrace) a cortante, la resistencia nominal al esfuerzo cortante puede calcularse sumando un tercer término que represente la contribución de la hoja de fibra (MBrace) Donde: V n =V c + V s + f V f Vc: Resistencia a cortante del hormigón Vs: Resistencia a cortante del acero yf: Es un factor de seguridad a la contribución del MBrace a la capacidad a cortante, por agotamiento adherente. f = 0.85 Vf = Contribución del MBrace a la capacidad cortante.

101 El método más eficaz de aplicar el refuerzo a cortante es envolver toda la sección transversal de la viga con fibra. Cuando esta configuración no es práctica, El método más común consiste en envolver los lados y la parte inferior de la sección: envoltura en U En ciertas situaciones puede que no sea posible envolver la parte superior o la inferior de la sección. Sin embargo, es todavía posible reforzar a cortante si se coloca el refuerzo en ambos lados de la sección. No obstante, la eficacia de esta configuración está limitada debido al deficiente anclaje de la fibra. La hoja se ancla en el alma hasta 150 mm por debajo de la fibra neutra. En el caso de que la viga esté reforzada también a flexión mediante laminado, las hojas se colocan encima del laminado ya que de esta manera colaboran también a un buen anclaje del laminado.

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103 Calcular el número de capas de refuerzo (n) con las que se debe cubrir el pilar con el fin de aumentar la resistencia a compresión del hormigón (fck) existente, al valor que se desee (fck,cf). Utilizando una deformación de diseño de la hoja de MBrace, d=6 - Pilar rectangular / Cuadrado - Pilar circular

104 El sistema MBrace es un producto que sirve para el refuerzo de estructuras ideal por sus características de rapidez,sencillez de aplicación, capacidad mecánica y ligereza para la reparación y el refuerzo de estructuras respecto a los sistemas de reparación tradicionales, no obstante no es aplicable en todas las tipologías y metodologías constructivas.

105 Web Software

106 Registrarse en la web y disfrutar de las ventajas

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108 Ensayos de los materiales y sistema

109 Mis Proyectos

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113 Imprescindible para realizar el cálculo

114 informe

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117 Incremento según tipo, disposición y número de hojas

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120 Incremento según tipo y número de hojas

121 El edificio principal de la estación destaca no sólo por su magnitud (276.5m de longitud y 25.9m de ancho) sino también por su valor artístico. El edificio fue declarado monumento históricoartístico, por su espectacular cubierta de pizarra y destaca por las influencias del modernismo español. Pero el clima de montaña y otras afecciones han deteriorado seriamente su estructura.

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124 El edificio que conforma actualmente la Iglesia de San Miguel de Irura (Guipúzcoa) data de la época renacentista. El conjunto de hallazgos arqueológicos ocultos en el subsuelo, revelan ocupación humana desde la Prehistoria (se ha descubierto una vivienda de al menos años de antigüedad) hasta el siglo XVII. Sin embargo, la estructura actual fue construida en su mayor parte a finales del siglo XVI y principios del XVII, aunque posteriormente ha sufrido numerosas modificaciones.

125 LESIONES ESTRUCTURALES - Aparición de grietas en los paramentos como consecuencia de las tracciones diferidas en los muros de mampostería por los movimientos estructurales. - Aparición de grietas en la bóveda principal. - Desconexión de las piezas de sillería que forman las dovelas de las bóvedas y riesgo de desplome. -Pérdida de sección de los elementos resistentes. - En las dovelas, por la elevada desconexión entre piezas y como medida de seguridad, se decidió efectuar un refuerzo a flexión y posterior zunchado externo. De esta forma, se consigue reforzar, aglutinar y/o coser todas las piezas.

126 PUESTA EN OBRA - Preparación del soporte mediante chorreo de arena. - Reparación de las partes desprendidas en las piezas de las dovelas y relleno del rejuntado con morteros de reparación de ESTRUCTURAL. - Aplicación de la imprimación MBrace PRIMER en toda la superficie a reforzar para mejorar la adherencia y anclaje del refuerzo sobre la piedra. -Aplicación del adhesivo MBrace LAMINATE ADHESIVE HT para regularizar el soporte, adherir y transferir los esfuerzos entre la piedra y el compuesto resistente MBrace LAMINATE. - Adhesión de MBrace LAMINATE LM 50/1.2

127 - Aplicación de MBrace SATURANT en toda la superficie a reforzar (incluso en la zona reforzada con MBrace LAMINATE LM) para la impregnación y adhesión de la fibra al soporte. - Adhesión de MBrace FIBRE CF Aplicación de otra capa de MBrace SATURANT.

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129 El Puente de San Telmo en Sevilla data de 1925 y vino a solucionar los problemas de comunicación entre Sevilla y un nuevo barrio que se planificaba construir, y que a la postre se llamaría Los Remedios, inicialmente se diseñó y ejecutó como como puente levadizo. Debido a su estado de deterioro se tuvieron que acometer múltiples actuaciones tanto de reparación como de refuerzo

130 Las características particulares de la obra, obligan al uso de elementos auxiliares tales como balsas para acometer las labores de reparación en la cara interior del puente.

131 Se han tenido que acometer actuaciones de refuerzo en todas las vigas transversales de diversos tramos, dada la incertidumbre de la efectividad de las armaduras antiguas para resistir esfuerzos cortantes y flectores

132 La ampliación de las instalaciones existentes mediante una estructura metálica generó nuevos estados de sobrecargas (principalmente debido a la acción del viento) para la cual la estructura original no estaba diseñada. A tal efecto los trabajos de refuerzo tenían como objetivo mejorar la rigidización y la capacidad portante de la estructura existente, especialmente en la entrega entre estructura metálica y hormigón

133 Refuerzo de las zonas cercanas a los nudos de entrega estructura metálica hormigón Aplicación laminados MBrace de alto módulo resistente en las vigas laterales que sostienen las gradas Reducción de la longitud de anclaje: chapa metálica adherida con MBrace Laminate Adhesive HT

134 Mercado comercial de puestos de pescados, mariscos, carnes, frutas, que desde 1929, año de su fundación, es una referencia en toda la ciudad. Además de su función comercial destaca su arquitectura y en especial las vidrieras

135 La degradación estructural del mismo era tan importante que se decidió demoler el conjunto, no obstante previamente y a fin de continuar dando servicio al mismo durante los trabajos se acondicionó la mitad de la superficie del mismo reforzándolo de manera provisional, mientras se compaginaba las tareas de demolición de la otra mitad de la superficie

136 Para ello se combinaron técnicas activas de postesado y pasivas de hoja de fibra y laminado de fibra de carbono

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138 Los valores tienen carácter orientativo y con objeto de estimar un coste económico de actuación, y deberán ser validados por la Dirección Facultativa o Técnica de la obra de acuerdo a la geometría de refuerzo particular. Recomendaciones - Informes Técnicos, Visitas, Cursos de Formación

139 Se intenta dar una solución óptima en función de la patología y topología constructiva:

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