En la construcción y las industrias a gran escala, las estructuras de hormigón armado a menudo juegan un papel clave, sirviendo como marcos, techos y plataformas funcionales para varios edificios. Llevan cargas de varias toneladas que actúan tanto en modo estático como dinámico. Con el tiempo, el estrés no puede sino afectar el estado de la estructura. Como resultado, se requiere el refuerzo de las estructuras de hormigón armado de una forma u otra. La metodología específica para llevar a cabo tales operaciones depende de las condiciones de operación de la instalación, los parámetros técnicos y físicos y los requisitos de planificación.
¿Qué son las estructuras de hormigón armado?
En primer lugar, debe decidir qué es una estructura de hormigón armado en principio. En la construcción de capital, esteparte de la estructura que asume mayores cargas operativas. La base de la estructura está formada por una estructura de hormigón, y las barras de refuerzo se utilizan como refuerzo básico. Al mismo tiempo, el fortalecimiento y la restauración de estructuras de hormigón armado se pueden realizar de forma integral y parcial. Si el diagnóstico identificó un área defectuosa en la superficie, entonces la reparación se referirá principalmente a esta parte, aunque primero se deben investigar las causas de la destrucción, lo que puede justificar la viabilidad de reconstruir otras secciones de la estructura.
¿Qué se entiende por amplificación como tal? Esta es una operación técnica en la construcción, debido a la cual se prolonga la vida operativa de los edificios y estructuras individuales en particular. Existen diferentes métodos de reparación y refuerzo de estructuras de hormigón armado. Todos ellos, en mayor o menor grado, implican la solución de las siguientes tareas:
- Aumentar la resistencia de los nudos y los componentes portantes de la estructura mediante la inclusión de nuevos elementos. Estos últimos pueden ser vigas, dinteles, voladizos, rigidizadores, etc.
- Descargar o redistribuir la masa que actúa sobre la base de hormigón armado. En este caso, se afecta la disposición de las estructuras que afectan mecánicamente el área objetivo de la fortificación. La descarga reduce la necesidad de estructuras de hormigón armado.
- Aumentar las características básicas de resistencia de un objeto y sus elementos mediante la sustitución.
Cuando es necesario reforzar el RC-diseños?
Incluso en la etapa de construcción del marco de soporte, las soluciones técnicas y los materiales de construcción se seleccionan de acuerdo con las cargas futuras con la expectativa de una operación a largo plazo. Con el tiempo, debido a diversos factores, la condición técnica de la estructura se deteriora y surge la necesidad de soportar sus elementos críticos. El refuerzo total de las estructuras de hormigón armado debe realizarse en los siguientes casos:
- Pérdida de resistencia de diseño debido al envejecimiento y fatiga de los materiales. Esto es especialmente cierto en el caso de la estructura de hormigón, que está sujeta a influencias químicas negativas y tensiones mecánicas naturales.
- Remodelación de un edificio, por lo que se cambia la configuración de muros de carga, vigas, columnas, cerchas y consolas. Puede ser necesario reforzar o aliviar la masa en los puntos de anclaje estructural.
- Cambiar el número de pisos. También hay una redistribución de peso sobre columnas, techos y paredes, lo que requiere una revisión y la capacidad portante de los elementos de la estructura.
- Movimientos del suelo que ya se han deformado o cambiado la configuración del impacto sobre la cimentación y, en consecuencia, sobre los nudos portantes del pórtico. También se requiere la restauración del equilibrio de fuerzas entre las estructuras.
- Destrucción o daño parcial de piezas portantes o elementos individuales debido a accidentes, desastres naturales, terremotos, desastres provocados por el hombre.
- Cuando se detectan errores en la etapa de diseño o ya se identifican durante la operación del edificio.
En este caso, la principal y másRazones comunes que conllevan la necesidad de reforzar las estructuras de hormigón armado de una forma u otra. La naturaleza específica del desgaste o daño debe determinarse durante una inspección integral, sobre la base de la cual se desarrolla un proyecto para fortalecer la estructura y se selecciona la mejor manera de implementarlo.
Diagnóstico y resolución de problemas de diseño
La inspección técnica se lleva a cabo de acuerdo con el cronograma o no programado en caso de signos evidentes de destrucción del edificio. Esta parte de las actividades está regulada por los estándares de prueba no destructivos de acuerdo con GOST 22690 y 17624. La evaluación basada en los resultados de la encuesta se realiza de acuerdo con el conjunto de reglas (SP) sobre el fortalecimiento de estructuras de hormigón armado bajo el número 63.13330.
Los procedimientos de diagnóstico comienzan con una inspección visual, durante la cual se detectan daños externos: defectos, astillas, grietas, etc. Para detectar daños ocultos, se utilizan métodos de prueba no destructivos. Dichas tareas se resuelven por medio de equipos especiales, por ejemplo, utilizando detectores de defectos electromagnéticos o ultrasónicos. En particular, los dispositivos ultrasónicos que funcionan con métodos de georadar y eco-pulso se utilizan con mayor frecuencia para la resolución de problemas de hormigón armado. Durante la inspección, vacíos, presencia de componentes agresivos en la estructura, destrucción de varillas de refuerzo, rastros de corrosión, etc.
Con base en los datos obtenidos, se desarrolla una estrategia adicional para eliminar daños, reparar, restaurar oredistribución de cargas. En la misma etapa, los defectólogos pueden dar recomendaciones sobre el fortalecimiento de las estructuras de hormigón armado, teniendo en cuenta los detalles del daño que solo pueden repararse con herramientas de prueba no destructivas. Los parámetros técnicos y físicos específicos en los que se opera la estructura desempeñarán un papel importante en la determinación de cómo fortalecer la estructura.
Especificaciones de ganancia
Los parámetros de los refuerzos pueden variar según la configuración de la aplicación de la fuerza adicional y los requisitos específicos para soportar la estructura. Las características más comunes son el módulo de elasticidad del soporte y la resistencia a la tracción. Por lo tanto, el refuerzo óptimo de estructuras de hormigón armado con materiales compuestos en promedio proporciona elasticidad en el rango de 70,000-640,000 MPa e indicadores de resistencia a la tracción, de 1500 a 5000 MPa. Por supuesto, no es necesario en todos los casos esforzarse por obtener el máximo rendimiento. La elección de un potencial de potencia específico de los elementos de soporte y refuerzo depende del estado actual de la estructura de hormigón armado.
En cuanto a los parámetros dimensionales, dependerán del esquema de refuerzo, que se compila sobre la base de la solución de planificación. Por ejemplo, el refuerzo fragmentario de una losa de hormigón armado se puede realizar mediante un soporte adicional para un módulo monolítico sin vigas de 300 mm de espesor. Las columnas de refuerzo suelen tener una sección media de 400x400 mm y se colocan bajo el suelo en incrementos de 5-7,5 m.determinado por el estado de tensión-deformación de los pisos y muros de carga.
De forma compleja, por ejemplo, el refuerzo de estructuras de hormigón armado con fibra de carbono puede tener las siguientes características técnicas:
- El grosor del elemento es de 0,3 mm.
- Ancho - 300 mm.
- Peso - 500 g/m²2.
- Módulo de elasticidad – 230000 N/mm2.
- Densidad: 1,7 g/cm3.
- Resistencia a la tracción - 4000 N/mm2.
- Resistencia al corte de la estructura - 7 N/mm2.
- Resistencia a la compresión del material - 70 N/mm2.
- Deformación en rotura de estructura – 1,6%.
- Adherencia de fibra compuesta a estructura de hormigón - 4 N/mm2.
- Módulo de Young - 400 N/mm2.
La especificidad del uso de materiales compuestos modernos se debe al hecho de que la composición adhesiva juega un papel importante en las operaciones de ensamblaje con ellos. A menudo actúa como un medio independiente de sellado y restauración para fortalecer la estructura de hormigón. Por ejemplo, los compuestos epoxi bien pueden realizar las funciones de sellar costuras y juntas tecnológicas.
Reglamentos
En el proceso de cálculo, diseño y realización del trabajo de instalación, uno debe guiarse por varios GOST, entre los que se encuentran 31937, 22690 y 28570. Estos documentos regulan en diversos grados el mantenimiento y la reconstrucción de edificios y estructuras. También es necesario tener en cuenta las normas del documento SP 63.13330, que da instrucciones específicas sobreorganización e implementación de medidas de reparación y restauración, incluido el refuerzo de estructuras de hormigón armado con materiales compuestos. SP 164.1325800 también ayudará en el uso de otros materiales plásticos y de fibra de vidrio para refuerzo. Las normas generales a tener en cuenta son las siguientes:
- El desarrollo del proyecto de refuerzo debe llevarse a cabo únicamente sobre la base de los datos del estudio de campo de las estructuras.
- En el momento del cálculo de los materiales y la configuración del trabajo de instalación, se debe preparar información sobre el tamaño del objeto objetivo, su estado, los métodos de refuerzo, la resistencia del hormigón, etc.
- Después del examen, se toma una decisión fundamental sobre la admisibilidad de la estructura para reparación con operación adicional.
- Deben llevarse a cabo medidas de refuerzo para que las fibras compuestas o las varillas metálicas proporcionen trabajo de carga conjunta con la estructura de hormigón.
- No está permitido reforzar estructuras en las que haya focos de daños por corrosión.
- En el proceso de preparación de un proyecto, también es importante calcular la necesidad de proporcionar propiedades protectoras adicionales al material, por ejemplo, incluir revestimientos refractarios o resistentes a la humedad en la estructura.
Beneficios del refuerzo de hormigón
Junto con las normas que rigen la reparación y restauración de estructuras de edificios, sería útil preparar inicialmente una base de materiales metodológicos que ayudaránresolver las tareas en la práctica. Hasta la fecha, existen muchas instrucciones visuales que describen paso a paso y visualmente las tecnologías para aplicar métodos específicos para la reconstrucción de ciertas estructuras. Por ejemplo, LLC "Interaqua" y "NIIZHB" ofrecen una guía completa para fortalecer estructuras de hormigón armado con materiales compuestos según el conjunto de reglas SP 52-101-2003. El material describe la elección de soluciones estructurales, los principios de cálculo del refuerzo de paredes y techos, así como los métodos tecnológicos para el uso de piezas de carbono.
Si hablamos de instalaciones industriales, entonces se pueden utilizar manuales altamente especializados, que también se centren en las condiciones especiales de funcionamiento de las estructuras. En particular, Far East PromstroyNIIproject LLC ofrece instrucciones para fortalecer estructuras de hormigón armado de la serie 1.400.1-18. Este material destaca los matices del refuerzo de muros y techos de carga en la estructura de edificios industriales.
Desarrollo de un proyecto de refuerzo estructural
La tarea principal de esta etapa es ofrecer una solución técnica específica para la implementación del fortalecimiento de la estructura del objeto de destino. Durante el proceso de desarrollo, los especialistas se guían por los datos sobre las características de los materiales de construcción, sus parámetros geométricos, las condiciones de operación y los daños existentes. Por el momento, se han desarrollado los siguientes principios de diseño para el refuerzo de estructuras de hormigón armado:
- Interconexión de componentes. Un error común que ocurre durante la construcción es considerar el sitio de trabajoen un formato aislado. Es decir, un muro de carga, por ejemplo, se calculará en función de las cargas directas sobre él sin centrarse en los factores de influencia cercanos. De hecho, un sistema duradero y de alta calidad solo se puede diseñar con una consideración integral de todos los factores operativos.
- Optimización. Las tareas de refuerzo de estructuras se pueden resolver de diferentes maneras, y en casi todos los casos existe una solución que permitirá que la instalación mantenga una alta vida útil. Pero al mismo tiempo, es deseable esforzarse por minimizar la cantidad de trabajo, la masa de piezas de soporte auxiliares y racionalizar el uso de consumibles. Cuanto menor sea el grado de intervención en la estructura de la estructura, mayor será su confiabilidad. Por cierto, las tecnologías modernas para reforzar estructuras de hormigón armado con materiales compuestos, que son más pequeños en tamaño y peso en comparación con sus contrapartes metálicas, solo permiten minimizar el volumen de inclusión de elementos extraños.
- Racionalización económica. Incluso si es posible utilizar grandes recursos financieros en la implementación del proyecto de refuerzo, es importante considerar que las soluciones técnicas complejas y masivas siempre requieren altos costos ya en el proceso de mantenimiento durante la operación de la estructura.
- Cumplimiento de los requisitos establecidos. Cada etapa de diseño debe tener en cuenta tanto las reglas normativas generales como los requisitos específicos del dispositivo técnico y estructural en relación con el edificio de destino.
Reglas para el cálculo del refuerzo de estructuras de hormigón armado
El cálculo técnico de las estructuras es la base del trabajo de diseño, durante el cual las cargas reales se correlacionan con los potenciales de potencia de los materiales utilizados para el refuerzo. Los datos iniciales para el cálculo complejo se toman del esquema de diseño, sus dimensiones, las cargas actuantes y la naturaleza del daño. Los artículos separados en la evaluación de materiales para el refuerzo de estructuras de hormigón armado son indicadores calculados para la resistencia a la compresión, la altura de la zona de compresión, la estabilidad a lo largo de las secciones inclinadas, etc.
El valor fundamental del diseño, que determina la capacidad para hacer frente a las cargas reales, será el momento de flexión máxima. Para su cálculo se utilizan los factores de fiabilidad del material y de la carga. También se determina la naturaleza de la distribución del daño sobre la sección transversal de la estructura, teniendo en cuenta el grado de su elasticidad. Si el momento flector máximo inicial excede el proceso de fisuración a lo largo de la sección, entonces el cálculo debe realizarse de la misma manera que para una sección con fisuras, sin tener en cuenta el potencial de desarrollo de deformación.
Los valores constantes de los materiales objetivo también se utilizan en los cálculos para reforzar estructuras. Las pautas modernas para fortalecer las estructuras de hormigón armado, en particular, se basan en los siguientes indicadores:
- Resistencia: oscila entre 1000 y 1500 MPa, pero no menos.
- Módulo de elasticidad - de 50 a 150 GPa.
- Temperatura de transición vítrea (usada para composites) - no menos de 40 °С.
Los parámetros dimensionales y la configuración de montaje se determinan individualmente en relación con undiseños.
Clasificación de los métodos de refuerzo
Las tecnologías modernas permiten utilizar una extensa lista de medios de refuerzo técnico de varias estructuras, ajustándose a condiciones operativas específicas. En un nivel básico, vale la pena dividir todas las formas de fortalecer las estructuras de hormigón armado en función de su condición física. En particular, se pueden distinguir elementos líquidos, tejidos y sólidos. En el primer caso, el refuerzo se realizará de acuerdo con el método de reparación de daños externos. Esto puede ser la eliminación de grietas por medio de un mortero de cemento y arena, y el sellado de juntas con compuestos de construcción adhesivos. Los materiales de tela se usan con menos frecuencia y principalmente como agente de refuerzo, que se aplica al área vertida con las mismas soluciones de refuerzo.
En cuanto a los sólidos, son partes estructurales que de alguna manera están integradas o superpuestas a una estructura dañada. En este caso, los métodos de refuerzo de estructuras de hormigón armado se pueden dividir tanto por el tipo de material utilizado (metal, compuestos, piedra) como por la configuración de instalación. El método más popular de refuerzo con productos sólidos es el refuerzo de la correa, en el que las almohadillas perfiladas sujetan el área dañada. Pero esta no es la única forma de usar estos productos.
Métodos básicos para reforzar estructuras de hormigón armado
Dependiendo de los resultados de la encuesta inicial y de la decisión de diseñoSe pueden utilizar los siguientes métodos para reforzar estructuras de hormigón armado:
- Colocación de yeso de reparación para restaurar la estructura de la superficie de hormigón. Si hay áreas abiertas para el paso del refuerzo, también se sellan con mezclas de imprimación o yeso.
- Introducción de mortero de hormigón en cavidades, grietas, huecos y otros defectos estructurales internos detectados mediante ensayos no destructivos.
- Shotcrete con mezcla de concreto. El mortero de hormigón se aplica a la superficie con pistolas especiales a alta velocidad. Esta mecánica de tratamiento de las zonas dañadas permite la formación de densas capas de refuerzo de alta resistencia.
- Reforzar la base sobre la que se asienta la estructura. Esto se realiza mediante grapas de hormigón armado, cinturones metálicos, amarres de anclaje y otros elementos sólidos.
- Reforzamiento de columnas, vigas y muros de hormigón armado mediante la instalación de abrazaderas, estructuras y camisas de refuerzo complejas. En tal dispositivo, se pueden usar elementos de refuerzo, encofrado y hormigón proyectado. Dado que este método implica la creación de estructuras adicionales bastante significativas, las recomendaciones para fortalecer las estructuras de hormigón armado recomiendan calcular cuidadosamente la carga máxima en el techo. De lo contrario, después de un tiempo será posible detectar grietas ya en la estructura de los elementos de carga del nivel inferior.
- Incremento puntual de la durabilidad de travesaños, vigas, postes y elementos portantes con composites. Para tales fines, las piezas de formato pequeño pero duraderas hechas de fibra de carbono, Kevlar, carbono yetc.
Como muestra la práctica, la solución más eficaz para soportar el potencial energético de las estructuras de hormigón armado es precisamente el cambio estructural en su cimentación. La adición de paredes y techos con elementos de soporte de terceros, como puntales, por el contrario, se considera ineficaz y tecnológicamente inconveniente. Pero nuevamente, las decisiones específicas deben tomarse sobre la base de una encuesta y un cálculo exhaustivos.
Refuerzo con acero y materiales compuestos, ¿cuál es mejor?
La división fundamental en muchos sentidos para fortalecer las estructuras de los edificios se basa en el tipo de material utilizado. Las varillas de estado sólido y los elementos estructurales son los accesorios de refuerzo más comunes, pero se pueden fabricar sobre la base de aleaciones de acero tradicionales y utilizando plásticos modernos. ¿Cuál es mejor?
Las ventajas del metal incluyen su versatilidad, alta resistencia y costo accesible. Por cierto, el refuerzo de estructuras de hormigón armado con fibra de carbono, con todas las cualidades técnicas y físicas positivas, puede costar entre un 20 y un 30 % más que el uso incluso de acero inoxidable de alta calidad. ¿Qué justifica tales costos? Sin embargo, los compuestos exhiben resistencias a la tracción insuperables que superan incluso al acero. Además, a diferencia del hormigón, la fibra de carbono se caracteriza por un recurso de mayor resistencia a la fatiga, lo que elimina las medidas de restauración intermedias durante la operación a largo plazo del edificio. ¿Hay alguna desventaja de los composites además del alto precio? Hay matices de propiedades ecológicas, ya que enel plástico sigue siendo la base del material, pero la importancia de la influencia de los aditivos sintéticos es mínima en términos de peligro para los humanos.
Conclusión
Las medidas para la reparación, restauración y refuerzo de estructuras de hormigón armado, por regla general, requieren muchos costes organizativos y financieros. Esto se debe a la complejidad de su diseño y los problemas tecnológicos de realizar operaciones de instalación. Incluso los procedimientos cosméticos menores deben llevarse a cabo en varias etapas, desde la resolución de problemas con la preparación de un objeto para el trabajo hasta la eliminación directa del daño o el aumento de las cualidades de resistencia de los materiales. Por lo tanto, en las recomendaciones para el diseño de refuerzo de estructuras de hormigón armado, los expertos señalan la necesidad de considerar las opciones técnicamente más flexibles para resolver el problema. Por ejemplo, la sustitución más simple de un refuerzo de acero con un diámetro de 12 mm por una varilla de fibra de carbono de 8 mm de espesor con el mismo efecto de refuerzo minimizará hasta un 50 % de los costos de energía. Pero, por supuesto, tal optimización no siempre es posible. En cualquier caso, los principios de mantener la resistencia, elasticidad y rigidez requeridas de las estructuras deben pasar a primer plano. Seguir los planes normativos y los esquemas de instalación de alta calidad permitirán realizar el refuerzo de manera racional, posponiendo en la medida de lo posible el tiempo de la necesidad de completar la reconstrucción del edificio con el reemplazo de la estructura de hormigón armado.
