4.2.3. SISTEMA PERFIL METÁLICO+CONECTORES En la reparación y acondicionamiento de edificios hay dos grandes temas a solucionar, la degradación del hormigón, juntamente con la oxidación de sus armaduras, y la disminución de la capacidad resistente en las estructuras de hormigón. Centrándonos en el refuerzo de estructuras de hormigón que por diferentes causas han perdido su capacidad portante o no son capaces de absorber las cargas actuales, se ha diseñado un sistema mediante el cual poder reforzarlas sin tener que acudir a las soluciones tradicionales de utilización de grandes perfiles metálicos. 4.2.3.1. Descripción del sistema Si consideramos el refuerzo de jácenas de hormigón deterioradas o que sufren un cambio de uso, el refuerzo diseñado ha sido un perfil metálico que forma una sección mixta con la jácena. Como se verá, el perfil escogido según el método de cálculo de secciones mixtas es muy inferior al que resultaría reforzando con un perfil que soportase toda la carga. En dicho perfil se habrán soldado sobre su ala superior unos conectores, de dimensiones según cálculo de esfuerzo rasante, para realizar la unión con la estructura de hormigón. Hay que considerar que el sistema de unión es el mismo que en el caso del sistema tubular extensible y que en el caso del perfil tubo CR. Se forma una unión mecano-química mediante unos bulones anclados en la cara inferior de la jácena y una imprimación de resina epoxi (ver descripción de estos elementos en cap. 4.2.1). Los perfiles de refuerzo, al ser de unas dimensiones considerables, tendrán que ser normalmente de una pieza entera o en tramos unidos según normativa. Como en todos los sistemas de refuerzo, el rendimiento mejora si se trata de un refuerzo activo. El sistema perfil metálico+conectadores puede convertirse en activo simplemente apoyándolo en el SOPORTE UNIVERSAL DE POSTENSIÓN. 61
Todas las ventajas de la postensión también se aplican en este sistema de refuerzo, aunque se trate de estructuras de mayores dimensiones. En el anexo 8.1 se estudia el efecto de la postensión sobre este tipo de refuerzo, y se compara con el caso de no existir postensión. 4.2.3.2. Ejemplo de cálculo El proceso de cálculo a la hora de reforzar una estructura de hormigón, una vez conocida la sección de hormigón a reforzar, es la siguiente: 1º- Determinar la resistencia del hormigón de la jácena o la viga a reforzar 2º- Elección de un perfil HEB, con una altura de 1/3 a 1/4 del canto de la viga de hormigón a reforzar 3º- Determinar las características de la nueva sección formada mediante el cálculo lineal de una viga mixta: momento de inercia, momento resistente y esfuerzo rasante en la sección de unión del hormigón de la viga y el perfil metálico. Una vez realizados estos pasos, conoceremos la capacidad portante del nuevo elemento. Destacan dos detalles referentes al perfil metálico que difieren de la reparación de forjados deteriorados: o o El perfil metálico ha de ser de una sola pieza, de la longitud requerida Los bulones de fijación a la viga a reforzar han de tener la suficiente longitud para que se empotre en la zona de compresión del nuevo elemento, es decir, ha de superar la fibra neutra. A continuación se expone un ejemplo clarificador del sistema de refuerzo de estructuras de hormigón. Jácena de 60x cm que debido al paso del tiempo ha perdido resistencia Se estudia el caso de una jácena que inicialmente tenía un hormigón con una resistencia de 175 kp/cm 2 y un acero con una resistencia de 4600 kp/cm 2. Si se calcula el momento flector máximo que puede soportar esta jácena, soporta 21.75 T m. 60 JÁCENA A REFORZAR 60 fck horm.=175 kp/cm2 fyk acero=4600 kp/cm2 Mf=21,75 T m fck horm.=100 kp/cm2 fyk acero=3450 kp/cm2 Mf=13,002 T m 62
Se considera que a lo largo del tiempo el hormigón pasa a tener una resistencia de 100 kp/cm 2 y la capacidad mecánica de las barras de acero se ha reducido en un 25%.Según estas características, el momento flector pasa a ser de 13,002 T m. En estas condiciones se aplica el sistema de refuerzo, con un perfil HEB, formando una viga mixta con la jácena. Se han calculado tres tipos de perfil HEB, y los resultados se exponen en la tabla siguiente, juntamente con los momentos máximos de la jácena reforzada y la jácena deteriorada. Pintura Epoxi JÁCENA REFORZADA Mortero de hormigon de alta resistencia fck minimo=400 kp/cm2 HEB 180/200/220 62 18/20/22 HEB Ix (cm 4 ) VIGA MIXTA JÁCENA+HEB Wx acero (cm 3 ) Wx horm. (cm 3 ) M flector (T m) Cálculo elástico M flector (T m) Cálculo plástico JÁCENA SOLA M flector (T m) Resist. horm. Resist. horm. Resist. horm. 100 kp/cm 2 2 100 kp/cm 175 kp/cm2 100% cap. mec. acero 100 kp/cm 2 75% cap. mec. acero 180 109909 3122 36804 18.4 26.4 200 122871 3495 39345 19.6 28.8 21.7 13.0 220 135967 3860 41814 20.9.0 - E hormigón = 14000 x f ck = 140000 kp/cm 2 - Cálculos realizados considerando n=e acero /E hormigón =15 (Relación de módulos de Young) - Coeficiente de mayoración de cargas: 1.6 - Coef. de minoración de hormigón: 1.5 - Coef de minoración de resistencia del acero:1.1 - Coeficiente de seguridad total aplicado al hormigón: 2.4 Nota: Destacar que los coeficientes de seguridad utilizados para el cálculo elástico son los empleados en el cálculo plástico, y por lo tanto, son superiores a los que se habrían de utilizar realmente en este tipo de cálculo. De esta manera, los valores del momento flector calculados por el método elástico son menores de lo que cabría esperar utilizando los coeficientes de seguridad correspondientes a dicho método. 63
4.2.3.3. Montaje del sistema 1) Limpieza de la superficie de la viga o jácena a reparar, preferentemente con cepillo de púas, hasta conseguir una superficie sana. 2) Colocación de los soportes con tacos químicos. La distancia del soporte al techo dependerá de la flecha que tenga la jácena a reparar y del canto del perfil. 3) Taladrado de la viga en el eje central para el alojamiento de los bulones de fijación según cálculo del esfuerzo rasante. 4) Pintado de la superficie de la viga con resina epoxi y colocación de los bulones en los agujeros realizados humedeciéndolos en la resina epoxi. 5) Llenado de la cara superior del perfil con mortero SIKA TOP 122 64
6) Colocación de la viga en los soportes. Apretado de tornillos de postensión. Rejuntado y alisado del mortero de unión. 65