prueba de carga en losas

8/20/2019 Prueba de Carga en Losas

1/79


2/79

Las informaciones y conc eptos expresados en esta con ferencia sehacen con el propósi to de divulg ar e inform ar de manera general sob re

los temas relacionado s con el conc reto.

ASOCRETO no es n i p retende ser aseso r de pro yecto s esp ecífico s.Cualqu ier duda en relación con o bras específicas debe ser co nsultada

po r el interesado con los diseñadores e int ervento res de la respectiv a

obra.

E l uso que se haga de las info rmaciones y conceptos aquí expresados

no conl levan responsabi l idad alguna para ASOCRETO ni para loscon ferencistas, ya que debe ser ut i l izada po r person as idóneas bajo su

responsabi l idad y cr i ter io. Esta información no sus t i tuye las fun ciones

y ob l igaciones de las person as contractualmente respon sables de la

con cepción, ejecuc ión y vig i lancia de los respect ivos p royectos . Lo s

conceptos exp resados no son asesoría para una ob ra en part icu lar.


3/79

DIAGNÓSTICO ESTRUCTURAL MEDIANTEENSAYOS DE CARGA IN-SITU

Patología de Estructuras de Concreto

Gustavo Tumialan

Simpson Gumpertz & Heger

Conferencia Patrocinada por:


4/79

AGENDA

Introducción

– Que son, cuando usarlas, beneficios

Métodos de Pruebas de Cargas

– Prueba de Carga Monotónica

– Prueba de Carga Cíclica

(Norma ACI 562)

– “Building Code Requirements for Repair of ExistingConcrete Structures”

Estudios de Casos (Proyectos)

– Parqueaderos, Estadio, Puente

Futuro en las pruebas de carga


5/79

• Herramienta usada en el diagnostico estructural por muchasdécadas (sino siglos)

• Evidencia de pruebas de carga realizadas en los Estados Unidosen los años 1890

– Pruebas de control de calidad – Sistemas de concreto reforzado de “marca registrada”

• Ej. Turner System of Concrete Steel Construction – 1909

• Objetivos de las Pruebas de Carga: –

Asegurarse que la construcción fuese realizada adecuadamente – Asegurarse que la estructura pueda resistir las cargas de diseño

• Inicialmente no existían normas para pruebas de carga

– Primeras recomendaciones del ACI en 1916

INTRODUCCION

Breve Historia


6/79

Pruebas de Carga“Turner System”


7/79

INTRODUCCION

¿Qué es una prueba de carga?

¿Cuando se puede requerir una prueba de carga?

¿En que etapa de los proyectos de evaluación, reparación

y rehabilitación se puede usar una prueba de carga?

¿Cuándo no o si se debería hacer una prueba de carga?


8/79

INTRODUCCION

• Herramienta de ayuda para el diagnostico estructural

– “Prueba de laboratorio” in-situ

• Evaluación de la respuesta de una estructura a cargas aplicadas

para llegar a un diagnostico respecto a su desempeño

– Magnitud de las cargas aplicadas son cercanas a las cargas de

diseño (cargas factoradas)

– Cargas son aplicadas por medio de pesos muertos o gatoshidráulicos

¿Qué es una prueba de carga?


9/79

• Incertidumbre acerca del comportamiento de una estructura

– Análisis estructurales no son concluyentes

– No remplaza al análisis estructural – complementa

• Gran mayoría de las evaluaciones estructurales no requieren

pruebas de carga

¿Cuando se puede requerir una prueba de carga?

INTRODUCCION


10/79

• Evaluar la suficiencia de elementos estructurales “sospechosos”

– Deterioro, errores de diseño o construcción

• Establecer si un elemento estructural requiere reforzamiento

– Cambio de uso de la estructura – Aumento de carga viva

• Verificar la efectividad del reforzamiento estructural

– Teoría vs. Realidad

• Obtener información acerca del comportamiento estructural

– “Calibración” de modelos estructurales

– Condiciones de borde, distribución de cargas

¿Qué se puede lograr con una prueba de carga?

INTRODUCCION


11/79

INTRODUCCION

¿En que etapa de los proyectos de evaluación, reparación y

rehabilitación se puede usar una prueba de carga?

• ¿Cuáles son la etapas/fases de un proyectos de evaluación,

reparación y rehabilitación estructural?

Fase I: Investigación / Patología Estructural

– Corta duración

– Responsable: Ingeniero

Fase II: Intervención / Remediación Estructural

– Depende de resultados de Fase II

– Responsable: Contratista e Ingeniero

Fase III: Mantenimiento de la estructura reparada

– Continua

–

Responsable: Dueño


12/79

INVESTIGACION, REPARACION Y REHABILITACION ESTRUCTURAL

Estructura = “Paciente” de concreto, acero, mampostería o madera

I

II

III

4. Implementar las acciones para rehabilitar la estructura – Tratar la causa, no solo los síntomas

5. Establecer un programa de mantenimiento para la estructura

– Evitar problemas en el futuro

1. Observar y analizar la estructura – Determinar la condición existente:

levantamientos, ensayos, análisis

estructurales

2. Diagnosticar el problema(s)

– Encontrar la causa

3. Establecer el tipo y grado de

intervención estructural – Tipo de reforzamiento

– Rehabilitación local o global

Pruebas de Carga

Pruebas de Carga


13/79

INTRODUCCION


Estructura con deterioro severo


14/79

INTRODUCCION


¿Concreto con resistencia a la compresión (f’c)menor a la especificada?

– Falla al corte puede controlar

(falla frágil)

– Resistencia al corte se reduce

significativamente debido a un

bajo f’c

• Vigas:

Probablemente


15/79

INTRODUCCION


¿Concreto con resistencia a la compresión (f’c)menor a la especificada?

• Losas reforzadas en un sentido:

– Falla a la flexión controla (falla

dúctil)

– Resistencia a la flexión no cambia

significativamente debido al bajo f ’c

– Pero deflexiones aumentan

Losas

Muros

Probablemente


16/79

• Prueba de Carga Monotonica – Carga aplicada progresivamente

y sostenida por 24 horas

– Carga aplicada con pesosmuertos o gatos hidráulicos

– “Cargar y esperar”

METODOS DE PRUEBAS DE CARGA

• Prueba de Carga Cíclica – Carga aplicada en ciclos de

carga y descarga

– Carga no necesita ser sostenidapor 24 horas

– Carga aplicada con gatos

hidráulicos

– “Cargar-y analizar”


17/79

PRUEBA DE CARGA MONOTONICA

• Normas: – ACI 318 (Capitulo 20)

• En Colombia: NSR-10 (Capitulo C.20)

• Combinaciones de carga (carga aplicada) – 1.15D + 1.5L + 0.4(Lr o S o R)

– 1.15D + 0.9L + 1.5(Lr o S o R) – 1.3D

• Criterios de Aceptación: – Deflexión máxima

– Deflexión residual máxima4

maxmaxr

h000,20

l2t

max


18/79

Cargas Muertas

Cilindros con agua

Bolsas con arena


19/79

PRUEBA DE CARGA CÍCLICA

• Recomendaciones (no Norma): – ACI 437.1R-07 “ Load Tests of Concrete

Structures: Methods, Magnitude,Protocols, and Acceptance Criteria”

• Combinaciones de carga: –

1.3(DW + DS) – 1.0 DW + 1.1 DS + 1.6 L + 0.5(Lr or S or

R)

– 1.0 DW + 1.1 DS + 1.6 (Lr or S or R) + 1.0L

• Criterios de Aceptación: – Repetibilidad

– Permanencia

– Desviación de la Linealidad

Gatos hidráulicos


20/79

PRUEBA MODIFICADA DE CARGA CÍCLICA

• Hibrido entre métodos de cargas cíclica y monotonica

1. Ciclos de carga y descarga2. Carga sostenida por 24 horas

• Norma: – ACI 437: “Code Requirements for Load Testing of Concrete

Members of Existing Buildings”

– Fecha de Publicación: 2013

– Referido por ACI 562 – Nueva norma parareparación de estructuras de

concreto


21/79

NORMA ACI 562

El concreto es durable pero no eterno

− Resistencia incrementa con el tiempo

− Deterioro incrementa con el tiempo

El costo anual de reparación de edificios y parqueaderos en

los Estados Unidos es estimado en $2.5 a $3 billones

Reparación de Concreto:

− Arte (creatividad) + Ciencia (análisis) = Reparación exitosa

Métodos de evaluación, rehabilitación y reparación varían

ampliamente

− No existen normas que definan los estándares

− Comité 562 del ACI – “Evaluation, Repair, and Rehabilitation of

Concrete Buildings” (2006)


22/79

Misión: desarrollar una norma para la evaluación, reparación

y rehabilitación de edificaciones de concreto

− Definir los estándares de la industria

− Elevar el nivel de las reparaciones estructurales:

procedimientos para la evaluación, análisis y diseño, selección

de materiales, inspecciones

“Building Code Requirements for Repair of Concrete

Structures”

− Miembros: ingenieros, contratistas, fabricantes, profesores

− “ACI 318” para Reparación del Concreto

Comité ACI 562


23/79

Proyectos de Reparación y Rehabilitación

− Premisa: no se intenta crear una estructura nueva

− Lograr que la estructura sea segura

− Extender la vida útil de la estructura

Norma ACI 562 – diseño por desempeño

− Reconoce que hay varias soluciones para un problema

• Existen muchas permutaciones entre materiales nuevos y existentes

− No limitar la creatividad en el diseño e implementación de las

reparaciones

• Dar flexibilidad al ingeniero pero asegurándose que la estructura seasegura después de las reparaciones

− Referencias: documentos del ACI, ICRI y otras organizaciones

• ACI 437 “Code Requirements for Load Testing of Concrete Members

of Existing Buildings”

Comité ACI 562


24/79

Fecha de publicación: 2013

Chapter 1 – General Requirements

Chapter 2 – Notation and Definitions

Chapter 3 – Referenced Standards

Chapter 4 – Basis for Compliance

Chapter 5 – Loads, Load Combinations,

and Strength-Reduction Factors

Chapter 6 – Evaluation and Analysis

Chapter 7 – Design of Structural Repairs

Chapter 8 – Durability

Chapter 9 – Construction

Chapter 10 – Quality Assurance

Chapter 11 – Commentary References

CONTENIDO


25/79

ESTUDIOS DE CASOS

1. Parqueadero en Kansas City

2. Parqueadero en Boston

3. Graderías de un estadio4. Estructura de un estadio – carga lateral

5. Calzadas de un puente


26/79

CASO 1: Parqueadero de Losas de Concreto Post-Tensado

LA ESTRUCTURA•

Parqueadero de un complejo de apartamentos en Kansas City, Missouri• Estructura de cuatro niveles construida en 1999

Losas de Concreto

Post-tensado


27/79

Fisuras

Fisuras

Deformaciones

EL PROBLEMA

• Problema estructural – Resistencia a la flexión y al corte por

punzonamiento insuficiente

– Las losas requerían ser reforzadas


28/79

Pruebas con el GPR

Parte inferior de la losa

Parte superior de la losa

Cables de post-tensado

• Problema causado por errores de construcción en la colocación de loscables

– 3 cm. especificado vs. 8 cm. colocado en una losa de 15 cm. de espesor!!


29/79

LA SOLUCION• Reforzamiento estructural

Alternativa 2 – CFRPAlternativa 1 – Capiteles de Concreto

• Efectividad comprobada

• Mas cara

• Tiempo de construcción seincrementa

• Mas económica (50% de Alternativa 1)

• Tiempo de construcción se reduce

• Efectividad no comprobada

• Prueba de carga para demostrar

efectividad


30/79

OBJETIVOS DE LAS PRUEBAS DE CARGA

1. Verificar que el reforzamiento funciona

– Capiteles vs. CFRP

2. Validar el método de diseño

– ACI 440 (Reforzamiento con FRP) no contempla reforzamientode losas post-tensadas

3. Reajustar el presupuesto del proyecto

– FRP mas económico = ahorros para el proyecto


31/79

Muestras para las Pruebas

Alternativa 1 – Capitel de concreto

(Simulación) Alternativa 2 – Laminas de CFRP


32/79

Montaje para las Pruebas de Carga Cíclica

Instrumentación

Losa

Ensayada

Niveles de

Reacción

Gatos

Hidráulicos

Montaje “Push Down”


33/79

Nivel 2 – Losa de Prueba

Nivel 3 –

Reacción

Nivel 4 –

Reacción

Montaje para las Pruebas de Carga


34/79

Instrumentación

Nivel 1 –

Instrumentación


35/79

RESULTADOS Y CONCLUSIONESAlternativa 2 – CFRPAlternativa 1 – Capiteles de Concreto

• CFRP es efectivo para reforzar las losas por flexión y para

prevenir fallas debido al corte por punzonamiento• Reforzar muchas áreas que requerían capiteles con CFRP

• Beneficios para el dueño

– Ahorros: 300,000 dólares

– Costo del proyecto: 2 millones de dólares

CASO 2 P d d L d C R f d


36/79

CASO 2: Parqueadero de Losas de Concreto Reforzado

LA ESTRUCTURA•

Parqueadero de dos niveles en Boston, Massachusetts• Estructura construida en 1983


37/79

EL PROBLEMA

• Problema estructural

– Resistencia a la flexión insuficiente

– Deflexiones notorias

• Problema causado por errores de construcción en la colocación delrefuerzo

– 2 cm. especificado vs. 10 cm. colocado en una losa de 20 cm. de espesor!!

FisurasDeflexiones


38/79

LA SOLUCION• Reforzamiento estructural

Reforzamiento con Varillas de CFRP• Alternativa practica

• Tiempo de construcción reducido

• Prueba de carga para demostrarefectividad del reforzamiento


39/79


1. Verificar que el reforzamiento es eficiente para aumentar laresistencia a la flexión de las losas

2. Validar el método de diseño

–

ACI 440 (Reforzamiento con FRP) no contemplaba elreforzamiento con varillas


40/79


Montaje “Pull Down”

Instrumentación

Losa

Ensayada

Mini-pilotes

Gatos Hidráulicos


41/79


Nivel 2 – Losa de Prueba

Gatos Hidráulicos


42/79

Nivel 1 – Reacción


Vigas de acero conectadas

a mini-pilotes


43/79

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

• Reforzamiento con varillas de CFRP fue efectivo para reforzar laslosas

– Eficientes en “coser” las grietas existentes

• Alternativa económica

0.85(1.4DL+1.7LL)

1.2DL+0.85LL

0.85(1.4DL+1.7LL)

1.2DL+0.85LL

Dirección Este-Oeste Dirección Norte-Sur

CASO 3: Estadio de Futbol – Graderías de Concreto


44/79

CASO 3: Estadio de Futbol Graderías de Concreto

LA ESTRUCTURA• Estructura de concreto armado construida en 1930

•

Estadio renovado en 1996 – Construcción de una estructura de concreto prefabricado (Bandeja superior)


45/79

LA ESTRUCTURA

Viga

Junta de

ExpansiónGraderiaJunta de

Expansión

Viga Viga


46/79

EL PROBLEMA

• Deterioro del concreto

–

Delaminaciones debido a ciclos de hieloy deshielo


47/79

• Ensayos No Destructivos – Respuesta Impulso

– Resultado: Grados variables de deterioro del concreto

EL PROBLEMA

EL PROBLEMA


48/79

EL PROBLEMA

• Incertidumbre respecto a la suficiencia estructural de lasgraderías para soportar cargas vivas (publico)


49/79

OBJETIVO DE LAS PRUEBAS DE CARGA1. Determinar si las graderías eran seguras para resistir las

cargas vivas (publico)2. Relacionar la respuesta estructural al deterioro de concreto

LA SOLUCION• Reparar las graderías

– Solución obvia

– Toma tiempo…¿mientras tanto?

– ¿No usar algunas tribunas? – Improbable

• Pruebas de carga para determinar si las graderías eran seguras

Montaje para las Pruebas de Carga Monotonica


50/79

Montaje para las Pruebas de Carga Monotonica


51/79


Deflexiones

• Las graderías eran seguras para resistir las cargas vivas (publico)

• Recomendaciones: – Permitir el uso de las tribunas durante la temporada de futbol

– Empezar reparaciones cuando la temporada acabe

CASO 4: Estadio de Futbol – Sistema Lateral


52/79

LA ESTRUCTURA• Renovaciones de 1996

–Construcción de una estructura deconcreto prefabricado (Bandejasuperior)

– Alteraciones de los muros demampostería


53/79

EL PROBLEMA

• El sistema estructural resistente a cargas laterales fueaparentemente debilitado por las renovaciones de 1996 -investigación por otros

– Alteraciones a los muros de mampostería

• La estructura no era adecuada para resistir la carga lateralocasionada por el movimiento del publico (carga de “balanceo” =36 kg/m por grada)

– Norma ASCE 7

• Requería reforzamiento del sistema resistente a fuerzas laterales

– Costo: 2 millones de dólares aproximadamente

Reparaciones Recomendadas por Otros


54/79

Ensanchamiento de

Vigas y Columnas

Instalación de

Estructura Metálica


55/79

OBJETIVO DE LAS PRUEBAS DE CARGA1. Determinar que la estructura es adecuada para resistir las

cargas laterales – Usar los resultados de las pruebas de carga para calibrar los

modelos estructurales

LA SOLUCION• Refinar el análisis estructural

– Justificar que el reforzamiento no era necesario

• Pruebas de carga lateral para complementar el análisisestructural

¿De donde sale este requerimiento de la Norma?


56/79

¿De donde sale este requerimiento de la Norma?Sway Load = 24 lb/ft (36 kg/m)

La carga está basada en la fuerza creada por nueve personas “a las queles pidieron desarrollar su máximo esfuerzo al unísono para crear lamáxima fuerza horizontal posible”

Abril de 1932

Pareciese una carga apropiada para estructuras metálicas


57/79

Pareciese una carga apropiada para estructuras metálicas…

Hinchada de Boca Juniors

Pero!!

Montaje para las Pruebas de Carga Lateral


58/79

Secciones para las pruebas de carga

Cargas Uniformes

Cargas para Prueba de Carga

j p g


59/79

Montaje para las Pruebas deCarga Lateral Cíclica


60/79

98

Montaje para las Pruebas de Carga Lateral Cíclica


61/79

Monitoreo durante partidos

•Frecuencias indicaban que eldesplazamiento lateral era menor que al

desplazamiento de las pruebas de carga

• La estructura muy probablemente no ve

la carga lateral de 24 lb/ft (36 kg/m)

Equipo para monitorear la vibración

RESULTADOS30000


62/79

Análisis Estructurales

0.000

0.010

0.020

0.030

0.040

0.050

0.060

0.070

D E F G

Column Line

D i s p l a c

e m e n t ( i n )

Load Test Results

Analytical (With Wall)

Analytical (Without Wall)

Sin muros demampostería

Con muros de

mampostería

RESULTADOS

0

5000

10000

15000

20000

25000

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

Displacement (in)

L a t e

r a l L o a d (

l b s )

Section 9

Section 8



63/79


• Análisis estructurales demostraron que la estructura podía

resistir la carga lateral – Análisis complementado por la prueba de carga lateral

• No se requería reforzamiento lateral

– Ahorros de 2 millones de dólares

CASO 5: Calzadas del Puente Longfellow


64/79

g

LA ESTRUCTURA• Estructura en Boston construida en los años 1910


65/79

LA ESTRUCTURA

• Arcos de acero soportados por pilares de mampostería

•

Puente para vehículos, tren urbano y personas

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bc/Longfellow_pru_chopped.jpg


66/79

EL PROBLEMA• Elementos estructurales

severamente deteriorados

debido a corrosión

EL PROBLEMA


67/79

EL PROBLEMA

• Incertidumbre respecto a laestructura de las calzadaspara soportar cargas vivas(personas)

– 500 kg/m2

EL PROBLEMA


68/79

EL PROBLEMA

• Riesgo de falla o colapsodurante las celebracionesdel 4 de Julio

EL PROBLEMA


69/79

EL PROBLEMA

Evaluación de

Cargas Vivas

150 kg/m2

250 kg/m2

300 kg/m2

370 kg/m2

500 kg/m2

Publico en un 4 de Julio


70/79


1. Determinar si las calzadas eran seguras para resistir lascargas vivas (publico)

2. Verificar modelos analíticos

LA SOLUCION•

Reparar la estructura – Solución obvia

– Toma tiempo…¿mientras tanto?

• Prueba de carga para determinar si las calzadas eran seguras



71/79

j p g

Montaje “Pull Down” Calzada Ensayada

Instrumentación

Gatos Hidráulicos

Cables

Contrapesos


72/79

Montaje para las Pruebas

de Carga Cíclica



73/79




74/79


• Resultados no fueron concluyentes

respecto a la suficiencia de lascalzadas

• Recomendación: no permitir el usode las calzadas durante lascelebraciones del 4 de Julio

– Seguridad del publico es prioritaria


75/79

¿Cual es el futuro en las

pruebas de carga?

EMISION ACUSTICA


76/79

• Emisión acústica captura ondas de esfuerzos causadas por laliberación de energía debido a un estimulo externo

– Liberación de energía = Formación de fisuras

– Estimulo externo = Carga aplicada

• Emisión acústica = “escuchar” a la estructura

EMISION ACUSTICA


77/79

Criterios de Aceptación

•Hoy: basados en deformaciones

• Futuro: basados en criterios de “falla”

A = No Damage

B > Depassivation

small cracks < C < heavy cracks

D > Heavily cracked

RESUMEN


78/79

RESUMEN

Las pruebas de carga sonherramientas útiles en el

diagnostico estructural

No todas las evaluaciones estructurales

requieren pruebas de carga

Utiles cuando los recursosanalíticos se han agotado

• Ayudan a resolver problemas no

evidentes del análisis

¿ PREGUNTAS ?


79/79

¿ PREGUNTAS ?

[email protected]

prueba de carga en losas

Documents